Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Институт Материаловедения Дальневосточного отделения Российской академии наук

Основные результаты научных исследований // 2019

Многокомпонентные аморфные металлические сплавы (металлические стекла) на основе железа являются перспективными материалами для создания износостойких и жаростойких покрытий на сталях. Впервые получены покрытия из металлических стекол Fe_1-x(Cr_0,2Mo_0,1W_0,1C_0,24B_0,12Si_0,15)_x; (x=0.4–0.6) методом электроискровой обработки стали 35 в смеси железных гранул с Cr_0,2Mo_0,1W_0,1C_0,24B_0,12Si_0,15 порошком с долей аморфной фазы до 95 об. %. Оптимальное содержание порошка в смеси гранул составляет 7 – 9 об. %. Предложенный подход позволяет формировать покрытия из металлических стекол в одну стадию и является одним из наиболее технологичных. Синтезированные покрытия толщиной около 40 мкм обладают повышенной твердостью до 7 ГПа, низкой скоростью изнашивания до 7×10^-6 мм³/Нм и позволяют повысить жаростойкость стали 35 при температуре 700 ^оС до 30 раз.

Рис. 1. Результаты рентгеноструктурного анализа порошка и осажденных покрытий (слева) и жаростойкость аморфных покрытий при температуре 700 ^оС(справа), по срвнению со сталью 35. На вставке показана типичная рентгеновская дифрактограмма покрытия после испытания на жаростойкость.

Публикации

1. Burkov, A.A., Zaitsev, A.V. Catalytic Activity of Coatings of FeCrNiWMoCoCB Metallic Glasses on a Metal Substrate. Catalysis in Industry 2019, 11(2), P. 95-100.

   ✓ DOI: 10.1134/S207005041902003X

2. Burkov, A.A., Zaitsev, A.V., Syui, A.V., Zaikova, E.R., Kaminskii, O.I. Corrosion, Mechanical and Catalytic Properties of Coatings Based on FeNiCrWMoCoCB Metallic Glasses // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces 2019. 55(1). P. 102-108.

   ✓ DOI: 10.1134/S2070205119010076

3. Бурков А.А., Крутикова В.О. Осаждение аморфных упрочняющих покрытий электроискровой обработкой в смеси кристаллических гранул // Известия ВУЗов Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2019. №2. С.57-67.

   ✓ DOI: 10.17073/1997-308X-2019-2-57-67

Впервые установлены условия формирования микроструктуры двухфазного градиентного твердого сплава в процессе спекания (рис. 2, а), изготовленного из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием твердых сплавов ВК15 и ВК8. При диспергировании твердого сплава ВК15 в воде в результате окисления частиц образуется недостаток углерода (рис. 2, б), способствующий сохранению высокой концентрации кобальта (15%) в нем при спекании. При диспергировании сплава ВК8 в масле в результате пиролиза углеводородов образуется свободный углерод (рис. 2, в), который компенсирует недостаток в слое WC-15Co при их совместном спекании и обеспечивает формирование зерен WC и прослоек кобальта в получаемом сплаве. Полученный градиентный твердый сплав сочетает повышенную вязкость слоя WC-15Co (14,2 МПа·√м) из-за высокой концентрации кобальта и высокую твердость слоя WC-8Co (1820HV) благодаря высокой концентрации карбида вольфрама (рис. 2, д).

Рис. 2. Частицы, полученные ЭЭД сплава WC-15Co в воде (а) и ЭЭД WC-8Co в масле (б), макроструктура спеченного образца градиентного сплава WC15Co/WC8Co (в), распределение кобальта (г), твердости и вязкости разрушения (д) по глубине сплава.

Публикации

1. Dvornik, M. Mikhailenko, E. Strength determination based on the results of modeling the crack propagation in a nanostructured hard alloy // Key Engineering Materials. 2019.Vol.806. P. 45-50
2. M. I. Dvornik, A. V. Zaitsev, E. A. Mikhailenko. The Distribution of Carbon in a Tungsten–Cobalt Alloy during Heat Treatment in a Gaseous Medium of Carbon Oxides, Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 2019, Vol. 53, Issue 5, P. 916–920
3. Дворник М.И., Михайленко Е.А. Изменение состава порошков твердого сплава при электроэрозионном диспергировании в насыпном слое // Упрочняющие технологии и покрытия. 2019. Т. 15. № 10(178). С. 478-480

Методом пиролиза полимерно-солевых композиций приготовлены образцы YFeO_3-δ с небольшой примесью Y₂O₃. Определенная методом иодометрии кислородная нестехиометрия кристаллической решетки δ оказалась равной 0,26. Удельная площадь поверхности полученных порошков составила 38,3 м²/г. Каталитическое окисление углерода проходит одноэтапно в диапазоне 400-700 ^oС с температурой максимума скорости при 556 ^oС. В основе механизма каталитической реакции лежит наличие кислородных вакансий на поверхности сложного оксида со структурой перовскита. На основании данных о кислородной нестехиометрии было проведено моделирование дефектной структуры полученного перовскита методами квантово-механических расчетов и определен выигрыш энергии при формировании одного из двух типов кислородных вакансий для YFeO_3-δ (δ=0.25), он составляет 0,1 эВ.

Синтезированы перовскитоподобные титанаты калия K₂Ti₂O₅ и K₂Ti⁴O₉ на оксидированном титане. Температурный интервал каталитического горения для данных оксидных систем лежит в интервале от 320 до 450 ^oС с максимумом при 390 ^oС. Показаны высокие эксплуатационные характеристики полученных катализаторов, а именно: высокая устойчивость к каталитическим ядам, воздействию высоких температур и механических нагрузок.

Рис. 3. а) Фазовый состав продуктов пиролиза полимерно-солевых гелей, б) ТГ кривые процессов (1) окисления углерода в присутствии перовскита YFeO_3-δ и (2) его восстановления углеродом.

Публикации

1. Chigrin, P. G. ; Kirichenko, E. A; Rudnev, V. S., Lukiyanchuk, I., V Catalytic Properties of K₂Ti₂O₅ + K₂Ti₄O₉/TiO₂/TiO₂ + SiO₂/Ti Composites and Their Resistance to Environment Effects during the Process of Carbon Black // Protection of metals and physical chemistry of surfaces. Vol. 55 № 1 P.: 109-114
2. Чигрин П.Г., Кириченко Е.А., Гниденко А.А. Глубокое окисление углерода в присутствии феррита иттрия, синтезированного методом ППСК // Физика бессвинцовых пьезоактивных и родственных материалов (Анализ современного состояния и перспективы развития) («LFPM-2019»). Труды Восьмого Международного междисциплинарного молодежного симпозиума (Ростов-на-Дону, 25–27 сентября 2019 г.): в 2 т. / Южный федеральный университет; [редкол.: Резниченко Л. А.идр.]. – Ростов-на-Дону; Таганрог: Издательство Южного федерального университета. 2019. С. 241 – 242

Установлены особенности получения алюмоматричного сплава методом жидкофазного СВС, которые заключаются в необходимости увеличения в шихте селитры или использования комплекса оксидов (W, Ni, Cr, Ti, V, Mo). В первом случае формируется сплав, упрочненный Al₃Zr и Al₄W, а во втором - многокомпонентный алюмоматричный сплав с интерметаллидной упрочняющей фазой размерами от 5 до 40 мкм.

Публикации

1. High-temperature synthesis of Al-Zr-W aluminum-matrix alloys Gostishchev V.V., Khimukhin S.N., Kim E.D., Ri E.H. // Inorganic Materials. 2019. Т 55. №1. С. 32-36.

   ✓ DOI: 10.1134/S0002337X19010056

2. High-temperature synthesis of Al-Zr-W aluminum-matrix alloys Gostishchev V.V., Khimukhin S.N., Kim E.D., Ri E.H. // Inorganic Materials. 2019. Т 55. №1. С. 32-36.

   ✓ DOI: 10.1134/S0002337X19010056

3. Gostishchev V., Kim E., Ri E. Obtaining of Alumino-Matrix Alloys Al-Zr, Al-Zr-W by SHS-Metallurgy Method // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Т. 11. – С. 235-239.
4. Influence of thermoplastics advanced ultrasonic treatment on treated surface roughness after turning Erenkov O.Y., Khimukhin S.N., Erukov A.I. // Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2019. №9783319956299. С. 1233-1240.

Изучен процесса формирования электроискровых покрытий на стали 45 типовым сплавом WC-8%Co и сплавом WC-8%Co с 1, 3 и 5 мас. % добавками нанопорошка карбида хрома, используемого как ингибитор роста зерна. Установлено, что добавка Cr₃C₂ в твердый сплав WC-8%Co увеличивает количество продуктов эрозии сферической формы, образованных из жидкофазной составляющей, что обеспечивает повышение физико-механических параметров, таких как коэффициента массопереноса и эффективность процесса формирования покрытий. Введение добавки повышает износостойкость, электроизоляционные свойства и коррозионную устойчивость осажденных покрытий, а также снижает параметры их шероховатости. Установлено, что оптимальная длительность искрового воздействия находится в пределах 20–80 мкс.

Публикации

1. S. V. Nikolenko, A. A. Burkov, M. I. Dvornik, A. V. Zaitsev, and N. A. Sui // Efect of parameters of electric spark discharge on the physico-chemical characteristics of steel 45 surface after the ESA electrodes based on WC-8%Co with chromium–carbide additives //Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 2019, Vol. 55, No. 3, pp. 251–258.

Методами функционала плотности рассчитаны энергии когезии аморфных (Al–3,1 эВ, Ti 4,4 эВ) и кристаллических Al и Ti (Al–3,33 эВ, Ti–4,67 эВ). Энергия адгезии «аморфное покрытие - кристаллическая подложка» (1,4 и 0,2 Дж/м²) снижается вдвое, а энергия адгезии (2,6 и 0,3 Дж/м²) контакта 2 аморфных систем не много снижается по сравнению с контактом «кристалл-кристалл» (2,9 Дж/м²).

Публикации

1. Zavodinsky V.G., Gorkusha O.A. Energetics and electronic structure of amorphous metals and coatings // Computational nanotechnology. 2019. № 1. С. 26-29.

Сформированы покрытия TiAl-M (Mo, Nb, Co) на сплаве ВТ1-0 механическим легированием. Средняя толщина покрытий равна 200 мкм. При изотермическом нагреве образцов (Т = 700 ^оС, время 1 час) в вакууме в поверхностных слоях образуются TiAl, Ti₃Al, TiAl₃. Микротвердость покрытий TiAl-5%Mo и TiAl-5%Nb выше в 1,5 раза, чем у ВТ1-0, и в 1,2 раза, чем у TiAl-покрытия без добавки. После термообработки микротвердость слоев увеличивается.

Публикации

1. Пячин С.А., Власова Н.М., Кулик М.А., Каминский О.И., Кириченко Е.А., Крутикова В.О. Получение Ti-Al-Mo и Ti-Al-Nb покрытий методом механического легирования с последующим отжигом // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2019. № 10 (часть 2);
2. Пячин С.А., Власова Н.М., Кулик М.А., Каминский О.И., Фролов А.М., Ткачев В.В., Крутикова В.О. Формирование интерметаллидных покрытий механическим легированием // Материалы XVII региональной научной конференции «Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование». Благовещенск: 2019. С. 137-140.

При использовании стружки Ti в исходной смеси Ti-Al-C в сплаве образуются фазы Ti₂AlN, TiС_0,7N_0,3, Ti₃AlС₂, TiC. Определены оптимальные условия спекания (T=1300 ^oС, время 1-2 часа), позволяющие получить МАХ-фазы Ti₃AlС₂ и Ti₂AlС, и TiC_0,7N_0,3. Для системы Ti-Al-SiC получены сплавы с содержание SiC 5, 10 и 15% мас. Пластификатор замедляет фазообразование, сохраняя при спекании в композите промежуточные соединений Ti₃Al и TiС.

Публикации

1. Астапов И.А. Получение и исследование многофазных композиционных материалов на основе системы Ti-Al-SiC / И.А. Астапов, Т.Б. Ершова, Н.М. Власова, Е.А. Кириченко, Кулик М.А. // Упрочняющие технологии и покрытия, 2019. - № 10 (178). – с. 435-437

Исследовано влияние допирования Ме (Mn, Fe, Cu) на фотокаталитичекую активность и оптические свойства Sr_1-xMe_xBi₄O₇/(BiO)₂CO₃. Наиболее эффективным допантом является Cu (5 ат.%), изменяющий ширину запрещенной зоны с 2,8 до 2,6 эВ. Эффективность фотокатализа в присутствии модифицированных материалов в 3 раза выше, чем при некаталитическом процессе.

Публикации

1. А. В. Зайцев, О. И. Каминский, К. С. Макаревич, Е. А. Кириченко, С. А. Пячин, Мокрицкий Б.Я. Установка для исследования каталитической активности порошковых фотокатализаторов // Контроль. Диагностика. 2019. № 4. С 58-63;
2. О. И. Каминский, К. С. Макаревич, А. В. Зайцев, С. А. Пячин, Е. А. Кириченко, И. А. Астапов. Каталитическая активность композиции SrBi_4-YO_7-Z/Y(BiO)₂СО₃ при облучении светом видимого диапазона // Известия вузов. Приборостроение. 2019. Т. 62, № 3. С. 242-250.