ФХ-2023

Д.Д. Тумаркина¹, О.Я. Бутковский¹, А.В. Болачков¹, А.А. Бурцев^2
1 ФГБОУ ВО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
² Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН – филиал ФГУ «ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН»

Аннотация: В работе представлены эксперименты по кристаллизации из расплава с анализом морфологии возникающих кристаллических структур, показаны примеры возникновения сложных дендритных кристаллов. С помощью энергодисперсионного рентгеновского анализа проведены исследования микроэлементного анализа областей воздействия двух импульсного лазерного излучения на поверхности нержавеющей стали для параметров облучения, соответствующих появлению в области воздействия дендритных структур. Показано, что именно в областях дендритов происходит выравнивание концентраций всех компонентов нержавеющей стали марки AISI 304. Оценки энтропии смешения по экспериментальным данным показали, что в области поверхностных дендритов или их скоплений поверхностная энтропия смешения соответствует по своему значению высокоэнтропийному сплаву. Исходя из принципа максимального производства энтропии проведен расчет температуры фазового перехода. Несмотря на то, что дендритная кристаллизация должна снижать энтропию системы, эксперименты демонстрируют, что энтропия сплава возрастает. Предварительно можно сделать заключение, что этот процесс связан с высоким содержанием кислорода в области формирования дендритных кристаллов после лазерного воздействия. Приведенные в работе результаты позволяют сделать вывод, что формирование структур со сложной морфологией происходит после термоокислительной абляции.
Ключевые слова: двухимпульсная лазерная абляция, дендритные кристаллы, высокоэнтропийные сплавы, энтропия смешения, энтропийная проводимость

К.В. Сулиз¹, Н.Ю. Сдобняков², А.В. Первиков^1
1 ИФПМ СО РАН
² ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Аннотация: В данной работе впервые методом совместного электрического взрыва проволочек различных металлов/сплавов получены наночастицы многокомпонентного сплава CoMoFeNiCu, обладающего высокой активностью в реакции разложения аммиака. Показано, что полученные образцы представлены сферическими частицами со средним размером порядка 40 нм. Кристаллическая структура наночастиц содержит ГЦК, ОЦК фазу, а также фазу, соответствующую, интерметаллическому соединению Fe₂Mo. Данные энергодисперсионного анализа показывают, что в полученных образцах наблюдается два характера сегрегации меди в объеме частиц: обогащение центральной области частиц и выделение на поверхности с формированием структуры, характерной для Янус-частиц. Полученные данные указывают на необходимость привлечения методов атомистического моделирования к поиску оптимальных количественных составов наночастиц многокомпонентных сплавов, обеспечивающих необходимую структуру и функциональные свойства. Отмечены перспективы применения атомистического моделирования к высокоэнтропийным сплавам.
Ключевые слова: наночастицы, высокоэнтропийные сплавы, электрический взрыв, катализ, порошок

К.В. Сулиз, А.В. Первиков
ИФПМ СО РАН

Аннотация: В данной работе впервые методом совместного электрического взрыва проволочек металлов Al, Cu, Ni и сплавов 20Х80Н, 29НK в атмосфере аргона были получены образцы наночастиц многокомпонентного сплава AlCuNiCoCrFe. В качестве базового режима взрыва проволочек был выбран режим, близкий к согласованному, что позволило минимизировать влияние энергии дуговой стадии разряда на структурнофазовое состояние формирующихся наночастиц. Показано, что полученные образцы представлены сферическими частицами с размерами от 15 до 500 нм. Среднечисленный размер наночастиц полученных образцов варьируется от 40 до 58 нм. Распределение частиц по размерам описывается нормально-логарифмическим законом, кристаллическая структура частиц соответствует твердым растворам замещения с ОЦК и/или ГЦК решеткой. Увеличение содержания Al в продуктах взрыва приводит к увеличению содержания в образцах фазы с ОЦК решеткой, тогда как увеличение содержания Cu к увеличению фазы с ГЦК решеткой. Полученные образцы могут быть использованы электрокатализе.
Ключевые слова: наночастицы, высокоэнтропийные сплавы, структурно-фазовое состояние, электрический взрыв, ток, напряжение, порошок

В.В. Столяров
ФГБУН «Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук»

Аннотация: Статья посвящена обзору структурных факторов, влияющих на трибологическое поведение без смазки наноструктурных металлов и сплавов. Научное значение данной темы связано с пониманием механизмов износа и возможностью его прогнозирования при длительной эксплуатации. Особое внимание сфокусировано на влиянии размера зерен в интервале 0,01-10 мкм, как одного из наиболее важных структурных параметров. Сделан акцент на ультрамелкозернистые материалы, полученные интенсивной пластической деформации, и нанокристаллические материалы, полученные не деформационными методами напыления и осаждения. Показано, что нанокристаллические пленки на поверхности контакта являются более предпочтительными для повышения износостойкости, поскольку более устойчивы к структурно-фазовым превращениям в процессе трения. Среди чистых металлов, как объектов без фазовых превращений, рассматриваются медь, никель, алюминий и титан. Как пример более сложных объектов, представлены сплавы на основе титана (интерметаллидное соединение с памятью формы TiNi и двухфазный сплав Ti-Al-V). Кроме классической схемы трения при макроперемещении индентора на контактной поверхности, рассматривается фреттинг-трение при микроперемещении.
Ключевые слова: скольжение, износ, коэффициент трения, наноструктура, фреттинг, шероховатость

В.М. Скачков, Л.А. Пасечник, И.С. Медянкина, Н.А. Сабирзянов
ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук»

Аннотация: В данной статье представлены результаты исследования свойств трех диффузионно-твердеющих  припоев на основе легкоплавких сплавов галлия и порошка сплава медь-олово после введения инертных металлических порошков титана, циркония и гафния в количестве 5% каждого, что составляет добавку в 15 мас.%. После термической обработки при невысоких температурах (125°С) в течение 24 часов, и после высокотемпературной обработки (600°С) в течение 6 часов оценена микротвердость полученных композиционных диффузионно-твердеющих припоев. Относительно длительная термическая обработка при невысоких температурах не приводит композиции к достижению равновесных состояний, возможные физикохимические превращения не полностью в них протекают, что показывает увеличение твердости образцов после высокотемпературной обработки. Рентгенофазовым анализом определены образующиеся в результате диффузионного твердения фазы, образующие микро- и наноразмерные интерметаллические соединения, выделяющееся металлическое олово в виде наноразмерных выделений в межзеренном пространстве. Металлические порошки-наполнители, инертные при низкой температуре к воздействию, но хорошо смачиваемые галлием при высоких температурах с ним взаимодействуют, образуя наноразмерные интерметаллические соединения, дополнительно упрочняя композиционные припои.
Ключевые слова: композиционные диффузионно-твердеющие припои, металлический порошок, титан, цирконий, гафний, свойства, микротвердость, дифференциальнотермический анализ

В.М. Скачков
ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук»

Аннотация: В статье рассмотрено влияние порошка металлического ванадия на свойства диффузионно-твердеющего припоя на основе легкоплавкого сплава галлийолово и твердой компоненты состоящей из порошка сплава медь-олово. После введения порошка металлического ванадия в количестве 5, 10 и 15 мас.% образцы припоя подвергали термической обработке при двух различных температурах – 125 и 600°С. Оценена микротвердость и термическая устойчивость композиционных диффузионно-твердеющих припоев. Показано, что термическая обработка при более высоких температурах способствует переходу припоя в равновесное состояние, что приводит к увеличению твердости из-за образования и распределения интерметаллических соединений, в том числе наноразмерных. Методом рентгенофазового анализа определены фазы интерметаллидов ванадия, образующиеся в результате взаимодействия с галлием. Металлический ванадий смачивается галлием, имеет ограниченную растворимость и повышает твердость припоя за счет дисперсионного упрочнения.
Ключевые слова: композиционные диффузионно-твердеющие припои, металлический порошок, свойства, микротвердость, дифференциально-термический анализ, ванадий

Ю.Я. Гафнер, Д.А. Рыжкова
ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»

Аннотация: Современная индустрия с каждым годом наращивает количество технологических процессов с использованием химических веществ повышенной опасности. Поэтому для бесперебойной работы персонала необходимо минимизировать возможные последствия утечки данных веществ, но для этого, в первую очередь, требуется четкое определение в воздухе предельно допустимой концентрации того или иного опасного вещества. В последние десятилетие в качестве активных элементов для газовых сенсоров стали использовать наноматериалы различного вида и наибольшую популярность у исследователей приобрели газовые сенсоры на основе оксида олова. В данной работе были исследованы типичные реакции взаимодействия поверхности нанокомпактированного слоя SnO₂ с некоторыми детектируемыми газами. Показано, что с ростом концентрации определяемого газа вследствие его химической абсорбции захваченные ранее кислородом электроны высвобождаются, что приводит к росту числа наночастиц в проводящем состоянии. Данная особенность позволяет использовать нанокомпактированный слоя SnO₂ для определения в атмосфере моно- и диоксида азота.
Ключевые слова: абсорбция, полупроводники, нанокомпактированный материал, газовые сенсоры, моделирование

Н.А. Панькин, В.П. Мишкин
ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева»

Аннотация: Методом растровой электронной микроскопии исследована морфология поверхности стали 35ХГСЛ после её электроискровой обработки электродом-анодом из вольфрама марки ЭВЧ. Выявлены следующие структурные элементы: наплывы, шарообразные и дискообразные включения, трещины, поры и частицы неправильной формы. Их появление обусловлено высокими температурами в межэлектродном промежутке (больше соответствующих температур плавления основных материалов электродов) и неравновесностью процессов протекающих в нем. При формировании пор основным механизмом является выделение газов при остывании материалов электродов в жидкой фазе. Макронапряжения, возникающие при электроискровом разряде в поверхностных слоях электродов, превосходящие механические свойства материалов электродов приводят к выбросу в межэлектродный промежуток твердых частиц неправильной формы и возникновению трещин. Возникновение наплывов, включений круглой/овальной формы и шарообразных частиц связано с взаимодействием жидкой фазы из межэлектродного промежутка с поверхностью катода.
Ключевые слова: сталь, вольфрам, электроискровая обработка, морфология, электронная микроскопия

А.А. Остроушко¹, А.И. Вылков^1,2, Т.Ю. Жуланова^1,2, О.В. Русских¹, М.О. Тонкушина¹, И.В. Бекетов^1,2
1 ФГАОУ ВО «Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина»
² ФГБУН «Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук»

Аннотация: В качестве исходного образца оксида алюминия использован материал промышленного производства для изготовления керамических изделий. В качестве добавок, вводимых в основной материал в количестве 3% по массе, были приготовлены порошки оксида алюминия, полученные методом электрического взрыва проволоки, а также в реакциях горения нитрат-полимерного прекурсора на основе поливинилового спирта. Полученные добавки охарактеризованы с точки зрения, структуры, морфологии частиц. Образцы первого типа включали смесь разных модификаций оксида алюминия, второго типа – гидратированный оксид алюминия. Первые два образца состояли главным образом из неагрегированных шарообразных наночастиц с удельной поверхностью 20 и 69 м2/г, а порошок, полученный в реакциях горения содержал плоские чешуйчатые частицы, он обладал удельной поверхностью 8 м2/г. Введение наноразмерных добавок приводило к сдвигу дилатометрической кривой спекания компактизированных образцов в область более низких температур, максимально – до 140 градусов. Более активно снижал температуру спекания образец с наибольшей удельной поверхностью. Результат, полученный для добавки, синтезированной пиролитическим методом, был сравним с вышеназванным по сдвигу кривой спекания.
Ключевые слова: оксид алюминия, спекание, наноразмерные добавки, метод электрического взрыва проволоки, метод горения нитрат-полимерных прекурссоров

С.В. Молчанов, С.А. Третьяков, И.А. Каплунов, А.М. Иванов, В.С. Степанов, В.П. Цветков, И.В. Цветков, С.А. Михеев
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Аннотация: Исследовалось влияние условий роста монокристаллов парателлурита на боковую поверхность выращенных буль, а также возможность оценки качества кристаллов, исходя из значений и динамики параметров шероховатости и фрактальных параметров ювенильных поверхностей. При близких технологических условиях были выращены два кристалла, отличающиеся между собой структурным качеством. Их боковые поверхности были исследованы с помощью оптического интерференционного профилометра NanoMap 1000WLI и программного обеспечения SPIP и Gwyddion, в результате чего получены профили, значения параметров шероховатости и фрактальные параметры поверхностей кристаллов вдоль направления роста. В результате были сделаны выводы, что при условиях, соответствующих формированию устойчивых потоков в расплаве шероховатость поверхности на всем протяжении кристалла менее 5 мкм, а параметр фрактальной энергии может быть использован как маркер качества и однородности кристаллов.
Ключевые слова: монокристаллы парателлурита, ювенильная поверхность, параметры шероховатости, фрактальные параметры