Архив журнала

Авиационные материалы и технологии №2, 2025 Весь номер в pdf

Содержание номера

Жаропрочные сплавы и стали

  • Е.М. Висик, О.Н. Битюцкая, В.В. Герасимов, А.А. Пилипенко, А.С. Моисеев

    ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ  КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОТЛИВОК ТУРБИННЫХ ЛОПАТОК  МЕТОДОМ НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ИЗ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

    3-12
    https://journal.viam.ru/sites/default/files/uploads/contents/2025/2025_2_content.pdf
  • Н.А. Ночовная, В.И. Иванов, Л.Ю. Авилочев

    ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ Ti2AlNb – ПЕРСПЕКТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ АВИАЦИОННОЙ И КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ* Часть 4. Вязкость разрушения Ti2AlNb-сплавов

    13-32
    https://journal.viam.ru/sites/default/files/uploads/contents/2025/2025_2_content.pdf

Легкие сплавы

  • В.В. Лиханский, К.Е. Улыбышев, Н.Н. Елкин

    ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРИ ЛАЗЕРНОМ УДАРНОМ УПРОЧНЕНИИ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА АМг6

    33-47
    https://journal.viam.ru/sites/default/files/uploads/contents/2025/2025_2_content.pdf

Полимерные материалы

  • Р.К. Салахова, Е.А. Вешкин, Ю.И. Судьин, А.А. Баранников

    ВЛИЯНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ НА ПОВЕРХНОСТНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СМАЧИВАЕМОСТЬ СТЕКЛОПЛАСТИКА

    48-58
    https://journal.viam.ru/sites/default/files/uploads/contents/2025/2025_2_content.pdf

Композиционные материалы

  • Е.А. Вешкин, А.В. Славин, М.В. Постнова, А.В. Апалькова

    РОЛЬ ТЕМПЕРАТУРНО-ВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЙ ОТВЕРЖДЕНИЯ В ФОРМИРОВАНИИ СВОЙСТВ ОДНОНАПРАВЛЕННОГО И РАВНОПРОЧНОГО УГЛЕПЛАСТИКОВ

    59-71
    https://journal.viam.ru/sites/default/files/uploads/contents/2025/2025_2_content.pdf
  • В.О. Старцев

    ИЗМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СТЕКЛОВАНИЯ И ГРАНИЦ α-ПЕРЕХОДА НАНОМОДИФИЦИРОВАННОГО ЦИАНЭФИРНОГО СВЯЗУЮЩЕГО УГЛЕПЛАСТИКАПРИ КЛИМАТИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

    72-90
    https://journal.viam.ru/sites/default/files/uploads/contents/2025/2025_2_content.pdf
  • И.В. Суджанская, Ю.Е. Лебедева, М.Л. Ваганова, Н.Е. Щеголева

    ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ДОБАВОК CeO2, Y2O3 НА МИКРОСТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКОЙ ШПИНЕЛИ MgAl2O4

    91-102
    https://journal.viam.ru/sites/default/files/uploads/contents/2025/2025_2_content.pdf
  • Б.Д. Чернышев, А.Д. Ковалев, Н.П. Силюк, С.С. Рожков, В.С. Шустов, Г.С. Рыжкова, С.А. Мельников

    МИКРОСТРУКТУРА И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ПСЕВДОСПЛАВОВ СИСТЕМЫ W–Ni–Cu, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ХОЛОДНОГО ИЗОСТАТИЧЕСКОГО ПРЕССОВАНИЯ

    103-113
    https://journal.viam.ru/sites/default/files/uploads/contents/2025/2025_2_content.pdf
  • И.К. Некрасов, И.Ш. Абдуллин, Ф.Р. Сагитова

    ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА С ПОМОЩЬЮ МОДИФИКАЦИИ ПЛАЗМОЙ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ЕМКОСТНОГО РАЗРЯДА ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ 

    114-127
    https://journal.viam.ru/sites/default/files/uploads/contents/2025/2025_2_content.pdf

Защитные и функциональные покрытия

  • И.С. Макущенко, И.А. Козлов, Д.Н. Смирнов, Е.В. Куршев, С.Л. Лонский

    ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНГИБИТОРОВ КОРРОЗИИ В ПОЛИСУЛЬФИДНОМ ГЕРМЕТИКЕ 

    128-136
    https://journal.viam.ru/sites/default/files/uploads/contents/2025/2025_2_content.pdf

Испытания материалов

  • Д.С. Скоробогатько, А.Н. Головков, И.И. Кудинов, С.И. Куличкова

    СРАВНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОНИКАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В КАПИЛЛЯРНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ

    137-146
    https://journal.viam.ru/sites/default/files/uploads/contents/2025/2025_2_content.pdf
  • Д.Н. Козлов, В.В. Смирнов, В.И. Фабелинский

    ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ КОГЕРЕНТНОГО АНТИСТОКСОВА РАССЕЯНИЯ СВЕТА КАК МЕТОД БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР ГАЗОВЫХ СРЕД ВПЛОТЬ ДО 6000 °С

    147-162
    https://journal.viam.ru/sites/default/files/uploads/contents/2025/2025_2_content.pdf
Содержание номера
1.

DOI: 10.18577/2713-0193-2025-0-2-3-12

УДК: 669.245

Страницы: 3-12

Е.М. Висик1, О.Н. Битюцкая1, В.В. Герасимов1, А.А. Пилипенко1, А.С. Моисеев1

[1] Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», admin@viam.ru

ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ  КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОТЛИВОК ТУРБИННЫХ ЛОПАТОК  МЕТОДОМ НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ИЗ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

Представлены образцы литейного автоматизированного оборудования усовершенствованной конструкции – установок типа УВНК с двумя типами кристаллизаторов: жидкометаллическим (Al) и альтернативным (водоохлаждаемая емкость без жидкометаллического расплава). Образцы оборудования предназначены для литья крупногабаритных деталей газотурбинных установок с регламентированной (направленной, монокристаллической) структурой из коррозионностойких никелевых сплавов разного назначения. Применение усовершенствованной конструкции установки типа УВНК упрощает технологический процесс практически без изменения тепловых параметров.

Ключевые слова: жаропрочные сплавы, направленная кристаллизация, дендритная структура, установки для монокристаллического литья

Список литературы

    1. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1 (34). С. 3–33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.
    2. Miller J.D., Pollock T.M. Development and Application of Optimization Protocol For Directional Solidification: Integration Fundamental Theory, Experimentation and Modeling Tools // Superalloys 2012. Wiley: Minerals, Metals & Materials Society (ТМS), 2012. P. 653−662.
    3. Schilke P.W. Advanced Gas Turbine Materials and Coatings GE Energy. New York, 2008. 32 р.
    4. Каблов Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей (сплавы, технология, покрытия). М.: МИСиС, 2006. 632 с.
    5. Скирта С.М., Романов В.В. Первая российская турбина большой мощности ГТД-110М. Результаты опытно-промышленной эксплуатации // Газотурбинные технологии. 2023. № 1–2. С. 2–5.
    6. Смирнов А.А. Китайские промышленные ГТУ для российского рынка (обзор) // Газотурбинные технологии. 2023. № 5–6. С. 2–9.
    7. Волховицкий О.Г., Ершов М.М., Красный Б.Л., Зуев А.С. Импортозамещение и локализация производства компонентов ГТУ на территории РФ // Газотурбинные технологии. 2023. № 7–8. С. 2–6.
    8. Ma D., Wang F., Wu Q. et al. Innovations in Casting Techniques for Single Crystal Turbine Blades of Superalloys // Superalloys 2016. Wiley: Minerals, Metals & Materials Society (ТМS), 2016. P. 237–246.
    9. Elliot A.J., Karney G.B., Pollock T.M., Gigliotti M.F.X. Issue in Processing by the Liquid-Sn Assisted Directional Solidification Technique // Superalloys 2004. Wiley: Minerals, Metals & Materials Society (ТМS), 2004. P. 421−445.
    10. LXVIII Научно-техническая сессия по проблемам газовых турбин «Научно-технические аспекты применения газотурбинных установок в экономике страны»: сб. докл. М., 2021. 122 с.
    11. LXVI Научно-техническая сессия по проблемам газовых турбин и парогазовых установок «Научные и практические проблемы использования достижений авиадвигателестроения в наземных газотурбинных установках»: тез. докл. Пермь, 2019. 192 с.
    12. LXXI Научно-техническая сессия по проблемам газовых турбин «Научно-технические проблемы полной локализации, проектирования, производства и технического обслуживания стационарных газотурбинных установок в РФ»: тез. докл. Пермь, 2024. 198 с.
    13. Светлов И.Л., Петрушин Н.В., Епишин А.И., Карашаев М.М., Елютин Е.С. Монокристаллы жаропрочных никелевых сплавов, легированных рением и рутением (обзор). Часть 1 // Авиационные материалы и технологии. 2023. № 1 (70). Ст. 03. URL: http://www.journal.viam.ru (дата обращения: 16.09.2024). DOI: 10.18577/2713-0193-2023-0-1-30-50.
    14. Колядов Е.В., Межин Ю.А. Автоматизация технологического процесса получения монокристаллических отливок из жаропрочных сплавов на установках типа УВНК // Труды ВИАМ. 2016. № 4 (40). Ст. 04. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 12.11.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-4-4-4.
    15. Оспенникова О.Г., Рассохина Л.И., Битюцкая О.Н., Гамазина М.В. Оптимизация технологии изготовления керамических стержней для улучшения качества литых лопаток ГТД // Новости материаловедения. Наука и технологии. 2017. № 3–4. Ст. 04. URL: http://www.materialsnews.ru (дата обращения: 12.11.2024).
    16. Колядов Е.В., Висик Е.М., Герасимов В.В., Битюцкая О.Н. Особенности морфологии структуры жаропрочного никелевого сплава в зависимости от величин осевого и радиального градиентов температуры на фронте кристаллизации // Авиационные материалы и технологии. 2024. № 2 (75). Ст. 02. URL: http://www.journal.viam.ru (дата обращения: 16.04.2024). DOI: 10.18577/2713-0193-2024-0-2-15-24.
    17. Петрушин Н.В., Римша Э.Г., Луцкая С.А., Дмитриев Н.С. Конструирование коррозионностойкого жаропрочного никелевого сплава ВЖМ9 для монокристаллических лопаток газовых турбин // Труды ВИАМ. 2023. № 5 (123). Ст. 01. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 16.10.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2023-0-5-3-20.
    18. Шалин Р.Е., Светлов И.Л., Качанов Е.Б., Толораия В.Н., Гаврилин О.С. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов. М.: Машиностроение, 1997. 336 c.
    19. Петрушин Н.В., Елютин Е.С., Королев А.В. Монокристаллические жаропрочные сплавы: состав, технологии, структура и свойства // Мат. Всерос. науч.-техн. конф. «Фундаментальные и прикладные исследования в области создания литейных жаропрочных никелевых и интерметаллидных сплавов и высокоэффективных технологий изготовления деталей ГТД». М.: ВИАМ, 2017. С. 271–303.
    20. Бакрадзе М.М., Петрушин Н.В., Аргинбаева Э.Г., Овсепян С.В. Аспекты развития литейных никелевых и интерметаллидных сплавов. Технология изготовления деталей ГТД // Мат. Всерос. науч.-техн. конф. «Фундаментальные и прикладные исследования в области создания литейных жаропрочных никелевых и интерметаллидных сплавов и высокоэффективных технологий изготовления деталей ГТД». М.: ВИАМ, 2017. С. 76–94.
    21. Каблов Е.Н., Герасимов В.В., Висик Е.М. Технологические особенности получения монокристаллических образцов и турбинных лопаток из высокорениевых жаропрочных сплавов на установках УВНК-9 и ВИАМ-1790 // Авиационные материалы и технологии. 2004. Вып. «Высокорениевые жаропрочные сплавы, технология и оборудование для производства сплавов и литья монокристаллических турбинных лопаток ГТД». С. 91–97.
    22. Висик Е.М., Колядов Е.В., Кузьмина Н.А. Влияние параметров направленной кристаллизации на структуру интерметаллидного никелевого сплава ВИН4М-ВИ при литье монокристаллических заготовок сопловых лопаток // Труды ВИАМ. 2023. № 9 (127). Ст. 01. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 16.10.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2023-0-9-3-15.

2.

DOI: 10.18577/2713-0193-2025-0-2-13-32

УДК: 669.017.165

Страницы: 13-32

Н.А. Ночовная1, В.И. Иванов1, Л.Ю. Авилочев1

[1] Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», admin@viam.ru

ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ Ti2AlNb – ПЕРСПЕКТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ АВИАЦИОННОЙ И КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ* Часть 4. Вязкость разрушения Ti2AlNb-сплавов

Сплавы на основе интерметаллида Ti2AlNb являются перспективными материалами для авиационной и космической техники при температурах до 750 °С. В работе использованы зарубежные материалы по исследованиям составов сплавов, влиянию операций термомеханической и термической обработок на микроструктуру и механические свойства сплавов (прочностные, пластические и вязкость разрушения) при 20 °С и повышенной температуре. Анализ работ показал, что только орто-сплавы с пластинчатой микроструктурой бимодального типа обладают повышенным комплексом механических свойств.

Ключевые слова: интерметаллидные Ti2AlNb-сплавы, термомеханическая и термическая обработка, микроструктуры, механические свойства, вязкость разрушения

Список литературы

    1. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1 (34). С. 3–33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.
    2. Каблов Е.Н. ВИАМ: материалы нового поколения для ПД-14 // Крылья Родины. 2019. № 7–8. С. 54–58.
    3. Каблов Е.Н., Бондаренко Ю.А.,  Колодяжный М.Ю., Сурова В.А.,  Нарский А.Р. Перспективы создания высокотемпературных  жаропрочных сплавов на основе тугоплавких матриц и естественных композитов // Вопросы материаловедения. 2020. № 4 (104). С. 64–78.
    4. Kumpfert J. Intermetallic alloys based on orthorhombic titanium aluminide // Journal of Advаnced Engineering Materials. 2001. Vol. 3. No. 11. P. 851–864.
    5. Leyens C., Hausmann J., Kumfert J. Continuous Fiber Reinforced Titanium Matrix Composites Fabrication, Properties and Applcation // Titanium and Titanium Alloys. Fundamental and Apрlication. Еd. C. Leyens, M. Peters. Weinheim: Wiley-VCH VerlagGnbH& Co. KGaA, 2003. Р. 305–331.
    6. Germann L., Banerjee D., Guedou J.Y., Strudel J.-L. Effect of composition on the mechanical properties of newly developed Ti2AlNb ‒ based titanium aluminide // Journal of Intermetallics. 2005. Vol. 13. No. 2. P. 920–924.
    7. Антипов В.В. Перспективы развития алюминиевых, магниевых и титановых сплавов для изделий авиационно-космической техники // Авиационные материалы и технологии. 2017. № S. С. 186–194. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-186-194.
    8. Ночовная Н.А., Иванов В.И. Перспективы применения жаропрочных материалов на основе алюминидов титана // Сб. тр. Междунар. конф. «Тi-2006 в СНГ» (21–24 мая 2006 г., г. Суздаль). Верхняя Салда: ВСМПО-АВИСМА, 2006. С. 39–43.
    9. Li S., Chen Y., Liang X., Zhang J. Recent work on alloy and processes development of Ti2AlNb based alloys // Journal of Materials Science Forum. 2005. Vol. 475–479. P. 795–800. DOI: 104028/www.scientific.net/MSF.475-479.795.
    10. Горлов Д.Г., Заклякова О.В., Александров Д.А., Будиновский С.А. Повышение фреттингостойкости интерметаллидного сплава Ti2AlNb // Труды ВИАМ. 2021. № 2 (96). Ст. 07. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 28.08.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-2-62-71.
    11. Оглодков М.С., Дуюнова В.А., Ночовная Н.А., Иванов В.И., Авилочев Л.Ю. Особенности технологии изготовления деформированных заготовок из интерметаллидного сплава ВИТ1 для деталей газотурбинного двигателя // Труды ВИАМ. 2021. № 12 (106). Ст. 01. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 28.08.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-12-3-13.
    12. Ночовная Н.А., Иванов В.И., Авилочев Л.Ю. Интерметаллидное соединение AlxTi – перспективный материал для повышенных температур (обзор). Часть 1. Кристаллическая структура и свойства интерметаллидного соединения Al2Ti // Труды ВИАМ. 2021. № 3 (97). Ст. 03. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 28.08.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-3-28-43.
    13. Ночовная Н.А., Иванов В.И., Авилочев Л.Ю. Интерметаллидное соединение AlхTi – перспективный материал для повышенных температур (обзор). Часть 2. Механические свойства интерметаллида Al2Ti и влияние легирования // Труды ВИАМ. 2021. № 4 (98). Ст. 03. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 28.08.2024). DOI: 10.18577/2307-646-2021-0-4-32-47.
    14. Metals Matrix Composites. Custom – made Materials for Automotive and Aerospace Engineering / Ed. K.U. Kainer. Wienheim: Wiley-VCH Verlag GmbH and KGaA Co., 2006. Р. 51–62.
    15. Kamat S.V., Gogia A.K., Banerjee D. Effect of alloying elements and heat treatment on the fracture toughness of Ti‒Al‒Nb alloys // Journal of Acta Materialia. 1998. Vol. 46. No. 1. P. 239–251.
    16. Chan K.S. Influence of Microstructure on Intrinsic and Extrinsic Toughening in an Alpha-two
      Titanium Aluminide Alloy // Journal of Metallurgical Transaction A. 1992. Vol. 23A. P. 183–199.
    17. Xue C., Zeng W., Wang W. et al. Quantitative analysis on microstructure evolution and tensile property for the isothermally forged Ti2AlNb based alloy during heat treatment // Journal of Materials Science and Engineering A. 2013. Vol. 573. P. 183–189. DOI: 10.1016/msa.2013.03.003.
    18. Wang W., Zeng W., Xue C. et al. Designed bimodal size lamellar O microstructures in Ti2AlNb based alloy: Microstructural evolution, tensile and creep properties // Journal of Materials Science and Engineering A. 2014. Vol. 618. P. 288–294.  DOI: 10.1016/msea.2014.09.035.
    19. Zheng Y., Zeng W., Li D. et al. Fracture toughness of the bimodal size lamellar O phase microstructures in Ti–22Al–25Nb (at. %) orthorhombiс alloy // Journal of Alloys and Compounds. 2017. Vol. 709. P. 511–518. DOI: 10.1016/jalcom.2017.03.184.
    20. Boehlert C.J. The tensile Behavior of Ti‒Al‒Nb O+BCC orthorhombic alloys // Journal of Metallurgical and Transactions A. 2001. Vol. 32A. No. 8. P. 1977–1988.
    21. Krasowsky A.Y., Vaishtok V.A. Crystallography of cleavage in BCC metals // Journal of Strength Materials. 1977. Vol. 9. No. 9. P. 10991–10999.
    22. Shang P., Zeng W., Zheng Y. et al. Fracture toughness of Ti‒22Al‒25Nb alloy at room and high temperatures // Journal of Materials Science and Engineering A. 2020. Vol. 796. Art. 140009. DOI: 1016/jmsea2020.140009.
    23. Eylon D., Hall J.A., Pierce C.M. Microstructure and mechanical properties relationships in the
      Ti-11 alloy at room and elevated temperatures // Journal of Metallurgical Transactions. A. 1976. Vol. 7. P. 1817–1826.  DOI: 10.1007/BF02659811.
    24. Ritchie R.O. Mechanisms of fatigue-crack propagation in ductile and brittle solids // International Journal of Fracture. 1999. Vol. 100. P. 55–83. DOI: 10.1023/a:1018655917051.
    25. Lütjering G., Albrecht J., Sauer C., Krull T. The influence of soft, precipitate-free zones at grain boundaries in Ti and Al alloys on their fatigue and fracture behavior // Journal of Materials Science and Engineering A. 2007. Vol. 468. P. 201–209. DOI: 10.1016/j.msea.2006.07.168.
    26. Launey M.E., Ritchie O.R. On the fracture toughness of advanced materials // Journal of Advanced Materials. 2010. Vol. 21. No. 21. P. 2103–2110. DOI: 10.1002/adma.200803322.
    27. Shi X.H., Zeng W.D., Shi C. The fracture toughness and its prediction model for Ti‒5Al‒5Mo‒5V‒1Cr‒1Fe titanium alloy with basket-weave microstructure // Journal of Alloys and Compounds. 2015. Vol. 632. P. 748–755. DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.01.217.
    28. Ragozin Y.I., Antonov Y.Y. Method of accelerated fracture toughness KIсtesting of metallic materials // Journal of Strength Materials. 1984. Vol. 16. P. 179–184. DOI: 10.1007/BF01530053.
    29. Li N., Zhao Z.B., Sun H. Effects of heat treatment on microstructure evolution and mechanical properties of Ti‒22Al‒24Nb‒0.5Mo alloy // Journal of Materials Science and Engineering A. 2022. Vol. 857. Art. 144052. DOI: 10.1016/j.msea.2022.144052.
    30. Zheng Y.P., Zeng W.D., Li D. et al. Quasi cleavage fracture of the bimodal size lamellar O phase microstructure of a Ti2AlNb based alloy // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 799. P. 267–278. DOI: 101016/j.jallcom.2019.05.157.
    31. Ritchie R.O. The conflicts between strength and toughness // Journal of Natural Materials. 2011. Vol. 10. P. 817–822.
    32. Исламов Р.С., Новак А.В., Авилочев Л.Ю., Алексеев Е.Б. Ликвационные дефекты в интерметаллидных титановых орто-сплавах и методы их устранения // Труды ВИАМ. 2024. № 4 (134). Ст. 02. URL: www/viam-works/ru (дата обращения: 28.08.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2024-0-4-18-32.

3.

DOI: 10.18577/2713-0193-2025-0-2-33-47

УДК: 539.3

Страницы: 33-47

В.В. Лиханский1, К.Е. Улыбышев1, Н.Н. Елкин2

[1] Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, secretary@troitsk.lebedev.ru
[2] Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», nrcki@nrcki.ru

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРИ ЛАЗЕРНОМ УДАРНОМ УПРОЧНЕНИИ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА АМг6

Разработан конечно-элементный расчетный код для моделирования прохождения ударной волны при лазерном упрочнении поверхностных слоев материала. Выполнена верификация разработанного кода на аналитическом решении. Проведены расчеты лазерного ударного упрочнения образцов из сплава АМг6 с алюминиевым покрытием. Полученные максимальные величины остаточных напряжений в образце находятся в достаточном соответствии с экспериментальными данными. Представлено расчетное распределение предела текучести по глубине и на поверхности образца. Проведено сравнение расчетных и экспериментальных распределений плотности дислокаций по глубине образца при различных значениях параметров модели.

Ключевые слова:

Список литературы

    лазерное ударное упрочнение, остаточные напряжения, предел текучести, плотность дислокаций, численное моделирование, алюминиевый сплав

4.

DOI: 10.18577/2713-0193-2025-0-2-48-58

УДК: 532.61.08

Страницы: 48-58

Р.К. Салахова1, Е.А. Вешкин1, Ю.И. Судьин1, А.А. Баранников1

[1] Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», admin@viam.ru

ВЛИЯНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ НА ПОВЕРХНОСТНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СМАЧИВАЕМОСТЬ СТЕКЛОПЛАСТИКА

С помощью процессорного тензиометра и цифрового профилометра проведены измерения поверхностно-энергетических характеристик и оценка микрорельефа образцов стеклопластика КМКС-2м.120.Т10.37. Представлены результаты исследования зависимости свободной энергии поверхности и краевого угла смачивания образцов стеклопластика от величины шероховатости поверхности, полученной различными способами. Прямая корреляция параметров шероховатости и свободной энергии поверхности подтверждает гомогенный механизм смачивания стеклопластика по модели Венцеля.

Ключевые слова: шероховатость, процессорный тензиометр, профилометр, стеклопластик, краевой угол смачивания, свободная энергия поверхности, смачиваемость, клеевое соединение

Список литературы

    1. Каблов Е.Н. Композиты: сегодня и завтра // Металлы Евразии. 2015. № 1. С. 36–39.
    2. Каблов Е.Н. Материалы нового поколения – основа инноваций, технологического лидерства и национальной безопасности России // Интеллект и технологии. 2016. № 2 (14). С. 16–21.
    3. Доспехи для «Бурана». Материалы и технологии ВИАМ для МКС «Энергия-Буран» / под общ. ред. Е.Н. Каблова. М.: Наука и жизнь, 2013. 128 с.
    4. Раскутин А.Е. Стратегия развития полимерных композиционных материалов // Авиационные материалы и технологии. 2017. № S. С. 344–348. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-344-348.
    5. Мишкин С.И. Применение углепластиков в конструкциях беспилотных аппаратов (обзор) // Труды ВИАМ. 2022. № 5 (111). Ст. 08. URL: http://www.viam-works.ru. (дата обращения: 18.07.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2022-0-5-87-95.
    6. Каблов Е.Н. Материалы нового поколения // Защита и безопасность. 2014. № 4. С. 28–29.
    7. Баранников А.А., Постнов В.И., Вешкин Е.А., Старостина И.В. Связь энергетических характеристик поверхности стеклопластика марки ВПС-53К с прочностью клеевого соединения на его основе // Труды ВИАМ. 2020. № 10 (92). Ст. 05. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 30.07.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-10-40-50.
    8. Воронина С.Ю., Власов А.Ю., Ворончихин В.Д., Белов О.А., Иванов А.В. Определение поверхностных свойств углеволокна в процессе контактного взаимодействия с полимерными связующими // Журнал прикладной химии. 2018. Т. 91. Вып. 8. С. 1148–1153.
    9. Плюдеман Э. Поверхности раздела в полимерных композитах. М.: Мир, 1978. 296 с.
    10. Копачев Е.С., Ноздрачев С.А., Петрушин В.Р. и др. Комплексный метод характеризации изображений поверхностей полимерных материалов // Физическая мезомеханика. 2015. Т. 18. № 6. С. 98–110.
    11. Барановская Л.П., Берненко Н.О. Зависимость адгезии покрытия от шероховатости // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2017. Т. 2. № 13. С. 760–762.
    12. Самсонов В.М., Каплунов И.А., Иванов А.М. и др. К проблеме взаимосвязи между углом смачивания и коэффициентом шероховатости поверхности: смачиваемость кварца расплавом германия // Коллоидный журнал. 2018. Т. 80. № 3. С. 315–323.
    13. Емельяненко А.М. Смачиваемость межфазных границ как индикатор их свойств и состояния // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2008. Т. 44. № 5. С. 453–463.
    14. Бойнович Л.Б., Емельяненко А.М. Гидрофобные материалы и покрытия: принципы создания, свойства и применение // Успехи химии. 2008. Т. 77. С. 619–638.
    15. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир, 1979. 568 с.
    16. Кравченко Д.В., Козлов И.А., Никифоров А.А., Толмачев Я.В. Влияние способов подготовки поверхности алюминиевого сплава 1163-АТ на адгезию гальванических покрытий // Труды ВИАМ. 2022. № 7 (113). Ст. 07. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 08.08.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2022-0-7-74-88.
    17. Салахова Р.К., Тихообразов А.Б., Назаркин Р.М. Получение положительного градиента микротвердости как способ повышения адгезии электролитических хромовых покрытий // Труды ВИАМ. 2018. № 3 (63). Ст. 09. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 26.01.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-3-77-85.
    18. Баранников А.А., Сатдинов Р.А., Вешкин Е.А., Куршев Е.В. Влияние плазмы атмосферного давления на прочность клеевого соединения на основе углепластика // Труды ВИАМ. 2021. № 12 (106). Ст. 06. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 13.08.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-12-47-54.
    19. Лангер М., Отто Д. Методы исследования поверхностных характеристик полимеров после плазменной обработки. Сравнительный анализ // Аналитика. 2018. Т. 8. № 2 (39). С. 68–74.
    20. Кирбижекова В.В., Снежко А.А., Коток О.И. Анализ методов контроля адгезионной прочности покрытий // Решетневские чтения. 2015. Т. 1. С. 369–371.
    21. Лунин Е.А., Захарова Н.В., Карелина Е.А. Методы и приборы контроля оценки качества нанесения антифрикционного покрытия // Решетневские чтения. 2018. Т. 1. С. 447–448.
    22. Саку В.В., Снежко А.А. Проблемы оценки адгезионной прочности плазменных покрытий // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2015. Т. 2. № 11. С. 122–123.
    23. Салахова Р.К., Кирилин С.Г., Тихообразов А.Б., Смирнова Т.Б. Скретч-тестирование электролитических никелевых покрытий на углепластиковой подложке // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2021. Т. 20. № 4. С. 100–114.
    24. Корягин С.И., Шарков О.В., Великанов Н.Л. Влияние материала и состояния поверхностей на адгезионную прочность клеевого соединения // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2023. № 11. С. 12–19. DOI: 10.18698/0536-1044-2023-11-12-19.
    25. Попов В.М. Клеевые соединения повышенной прочности в авиационных конструкциях // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2013. № 4. С. 74–78.
    26. Данилов В.Е., Королев Е.В., Айзенштадт А.М., Строкова В.В. Особенности расчета свободной энергии поверхности на основе модели межфазного взаимодействия Оунса-Вендта-Рабеля-Кьельбле // Строительные материалы. 2019. № 11. С. 66.
    27. Абдуллин И.Ш., Илюшина С.В. Влияние характеристик синтетических волокон на гидрофильные свойства // Вестник Казанского технологического университета. 2010. № 11. С. 565–566.
    28. Корнеев А.А., Любимова А.С., Шилов Н.В. Исследование влияния шероховатости поверхности на прочность соединения, полученного с применением металлополимерных композиционных материалов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2012. Т. 8. № 1. С. 54–56.

5.

DOI: 10.18577/2713-0193-2025-0-2-59-71

УДК: 678.747.2:620.17

Страницы: 59-71

Е.А. Вешкин1, А.В. Славин1, М.В. Постнова1, А.В. Апалькова1

[1] Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», admin@viam.ru

РОЛЬ ТЕМПЕРАТУРНО-ВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЙ ОТВЕРЖДЕНИЯ В ФОРМИРОВАНИИ СВОЙСТВ ОДНОНАПРАВЛЕННОГО И РАВНОПРОЧНОГО УГЛЕПЛАСТИКОВ

Изложены результаты исследований образцов однонаправленного и равнопрочного углепластиков, изготовленных с использованием одной марки полимерного связующего. Изучено влияние варьирования конечных температур отверждения на изменение их свойств. Представлены результаты механических и динамических испытаний образцов углепластиков. Определена микротвердость в сечении образцов. Представлены снимки микрошлифов образцов. Приведены сравнения результатов испытаний равнопрочных и однонаправленных углепластиков, отвержденных по разным режимам, установлено изменение свойств образцов после кипячения в воде.

Ключевые слова: углепластик, предел прочности, моделирование, микротвердость, динамический модуль

Список литературы

    1. Каблов Е.Н. Авиационное материаловедение в XXI веке. Перспективы и задачи // Авиационные материалы. Избранные труды ВИАМ 1932–2002. М.: МИСИС; ВИАМ, 2002.
    С. 23–47.
    2. Каблов Е.Н. Материалы нового поколения – основа инноваций, технологического лидерства и национальной безопасности России // Интеллект и технологии. 2016. № 2 (14). С. 16–21.
    3. Михайлин Ю.А. Волокнистые полимерные композиционные материалы в технике. СПб.: Научные основы и технологии, 2013. 720 с.
    4. Гуняев Г.М., Каблов Е.Н. Конструкционные углепластики на рубеже веков // Авиационные материалы. Избранные труды ВИАМ 1932–2002. М.: МИСИС; ВИАМ, 2002. С. 242–247.
    5. Дориомедов М.С. Российский и мировой рынок полимерных композитов (обзор) // Труды ВИАМ. 2020. № 6-7 (89). Ст. 04. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 18.10.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-67-29-37.
    6. Горбовец М.А., Мараховский П.С., Воробьев Н.Н., Гуревич Я.М. Исследование температурных полей в образцах полимерных материалов методом механического динамического анализа // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 10. С. 37–42.
    7. Постнов В.И., Качура С.М., Вешкин Е.А. Моделирование процесса отверждения полимерного связующего и изменения микротвердости в его объеме // Труды ВИАМ. 2021. № 4 (98). Ст. 07. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 17.10.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-4-92-99.
    8. Колпачков Е.Д., Курносов А.О., Мараховский П.С., Петрова А.П. Исследование влияния конечных температур отверждения на комплекс свойств стеклоуглепластика // Труды
    ВИАМ. 2021. № 6 (100). Ст. 07. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 29.10.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-6-66-73.
    9. Вешкин Е.А., Постнов В.И., Семенычев В.В., Крашенинникова Е.В. Исследование микротвердости и склерометрических характеристик связующего УП-2227Н, отвержденного при различных режимах // Авиационные материалы и технологии. 2018. № 1 (50). С. 39–45. DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-1-39-45.
    10. Сидорина А.И., Сафронов А.М., Куцевич К.Е., Клименко О.Н. Углеродные ткани для изделий авиационной техники // Труды ВИАМ. 2020. № 12 (94). Ст. 05. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 18.10.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-12-47-58.
    11. Мишуров К.С., Мишкин С.И. Влияние внешней среды на свойства углепластика ВКУ-39 // Труды ВИАМ. 2016. № 12 (48). Ст. 08. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 18.10.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-12-8-8.
    12. Мишуров К.С., Файзрахманов Н.Г., Иванов Н.В. Влияние внешней среды на свойства углепластика ВКУ-29 // Труды ВИАМ. 2017. № 8 (56). Ст. 08. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 18.10.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-8-8-8.
    13. Антюфеева Н.В., Алексашин В.М., Столянков Ю.В. Определение степени отверждения ПКМ методами термического анализа // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 3. С. 79–83. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-3-79-83.
    14. Истягин С.Е., Постнов В.И. К вопросу корреляционной зависимости информативных параметров контроля при диагностике свойств ПКМ // Известия Самарского центра РАН. 2017. Т. 19. № 4 (2). С. 229–237.
    15. Истягин С.Е., Постнов В.И. О повышении точности корреляционной зависимости параметров неразрушающего контроля при диагностике свойств углепластиков // Труды ВИАМ. 2018. № 11 (71). Ст. 12. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 18.10.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-11-101-110.

6.

DOI: 10.18577/2713-0193-2025-0-2-72-90

УДК: 678.747.2

Страницы: 72-90

В.О. Старцев1

[1] Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», admin@viam.ru

ИЗМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СТЕКЛОВАНИЯ И ГРАНИЦ α-ПЕРЕХОДА НАНОМОДИФИЦИРОВАННОГО ЦИАНЭФИРНОГО СВЯЗУЮЩЕГО УГЛЕПЛАСТИКАПРИ КЛИМАТИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

Методом динамического механического анализа исследовано влияние углеродных наночастиц (астраленов) на характеристические температуры α-перехода из стеклообразного в высокоэластическое состояние цианэфирного связующего углепластика. Плиты углепластика экспонировали 24 мес. на открытом стенде в условиях умеренного климата с сочетанием термоциклов от −60 до +65 °C, а также в климатических камерах. Проанализирована взаимосвязь температуры стеклования, границ α-перехода и микрофазового расслоения связующего с процессами дополимеризации и деструкции при климатических воздействиях.

Ключевые слова: полимерные композиционные материалы, наночастицы, климатическое старение, деструкция, дополимеризация, α-переход

Список литературы

    1. Каблов Е.Н., Кондрашов С.В., Юрков Г.Ю. Перспективы использования углеродсодержащих наночастиц в связующих для полимерных композиционных материалов // Российские нанотехнологии. 2013. № 3–4. С. 28–46.
    2. Иржак В.И. Эпоксидные композиционные материалы с углеродными нанотрубками // Успехи химии. 2011. Т. 80. № 8. С. 821–840.
    3. Singh N.P., Gupta V.K., Singh A.P. Graphene and carbon nanotube reinforced epoxy nanocomposites: a review // Polymer. 2019. Vol. 180. Art. 121724.
    4. Roy S., Petrova R.S., Mitra S. Effect of сarbon nanotube (CNT) functionalization in epoxy-CNT composites // Nanotechnology Reviews. 2018. Vol. 7. P. 475–485.
    5. Sharma H., Kumar A., Rana S., Guadagno L. An overview on carbon fiber-reinforced epoxy composites: effect of graphene oxide incorporation on composites performance // Polymers. 2022. Vol. 14. Art. 1548.
    6. Кондрашов С.В., Грачев В.П., Акатенков Р.В., Алексашин В.Н. и др. Модифицирование эпоксидных полимеров малыми добавками многослойных углеродных нанотрубок // Высокомолекулярные соединения. Сер.: А. 2014. Т. 56. № 3. С. 316–322.
    7. Dubey R., Dutta D., Sarkar A., Chattopadhyay P. Functionalized carbon nanotubes: synthesis, properties and applications in water purification, drug delivery, and material and biomedical sciences // Nanoscale Advances. 2021. Vol. 3. P. 5722–5744.
    8. Перепечко И.И. Введение в физику полимеров. М.: Химия, 1978. 312 с.
    9. Menard K. Dynamic Mechanical Analysis: A Practical Introduction. 2nd ed. CRC Press, 2008. 240 p.
    10. Startsev V.O., Lebedev M.P., Molokov M.V. Determination of the glass-transition temperature of GRPS and CFRPS using a torsion pendulum in regimes of freely damped vibrations and quasi-stastic torsion of specimens // Mechanics of Composite Materials. 2018. Vol. 54. No 1. P. 13–22.
    11. Startsev V.O., Molokov M.V., Grebeneva T.A., Tkachuk A.I. Dynamic mechanical and thermomechanical analysis of reversible plasticization of epoxy-diane resin-diaminodiphenylsulfon system by moisture // Polymer Science. Ser.: A. 2017. Vol. 59. No. 5. P. 640–648.
    12. Startsev O.V., Vapirov Yu.M., Lebedev M.P., Kychkin A.K. Comparison of glass-transition temperatures for epoxy polymers obtained by methods of thermal analysis // Mechanics of Composite Materials. 2020. Vol. 56. No. 2. P. 227–240.
    13. Wang S., Liang Z., Gonnet P., Liao Y.-H., Wang B., Zhang C. Effect of nanotube functionalization on the coefficient of thermal expansion of nanocomposites // Advanced Functional Materials. 2007. Vol. 17. P. 87–92.
    14. Wang S., Tambraparni M., Qiu J., Tipton J., Dean D. Thermal expansion of graphene composites // Macromolecules. 2009. Vol. 42. P. 5251–5255.
    15. Thakre P.R., Bisrat Y., Lagoudas D.C. Electrical and mechanical properties of carbon nanotube-epoxy nanocomposites // Journal of Applied Polymer Science. 2010. Vol. 116. P. 191–202.
    16. Seong M., Kim D.S. Effects of facile amine functionalization on the physical properties of epoxy/graphene nanoplatelets nanocomposites // Journal of Applied Polymer Science. 2015. Vol. 132. Art. 42269.
    17. Chhetri S., Adak N.C., Samanta P. et al. Functionalized reduced graphene oxide/epoxy composites with enhanced mechanical properties and thermal stability // Polymer Testing. 2017. Vol. 63. P. 1‒11.
    18. Jen Y.-M., Chang H.-H., Lu C.-M., Liang S.-Y. Temperature-Dependent Synergistic Effect of Multi-Walled Carbon Nanotubes and Graphene Nanoplatelets on the Tensile Quasi-Static and Fatigue Properties of Epoxy Nanocomposites // Polymers. 2020. Vol. 13. Art. 84.
    19. Liang X., Dai F. Epoxy nanocomposites with reduced graphene oxide-constructed three-dimensional networks of single wall carbon nanotube for enhanced thermal management capability with low filler loading // ACS Applied Materials Interfaces. 2020. Vol. 12. P. 3051–3058.
    20. Pathak A.K., Garg H., Singh M. et al. Enhanced interfacial properties of graphene oxide incorporated carbon fiber reinforced epoxy nanocomposite: a systematic thermal properties investigation // Journal of Polymer Research. 2019. Vol. 26. Art. 23.
    21. Auad M.L., Mosiewicki M.A., Uzunpinar C., Williams R.J.J. Functionalization of carbon nanotubes and carbon nanofibers used in epoxy/amine matrices that avoid partitioning of the monomers at the fiber interface // Polymer Engineering & Science. 2009. Vol. 50. P. 183–190.
    22. Кондрашов С.В., Шашкеев К.А., Попков О.В., Соловьянчик Л.В. Физико-механические свойства нанокомпозитов с УНТ (обзор) // Труды ВИАМ. 2016. № 5 (41). Ст. 08. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 13.11.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-5-8-8.
    23. Загора А.Г., Кондрашов С.В., Антюфеева Н.В., Пыхтин А.А. Исследование влияния технологических режимов изготовления эпоксинанокомпозитов с углеродными нанотрубками на их теплостойкость // Труды ВИАМ. 2019. № 1 (73). Ст. 08. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 13.11.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-1-64-73.
    24. Arribas C., Prolongo M.G., Sánchez-Cabezudo M. et al. Hydrothermal ageing of graphene/carbon nanotubes/epoxy hybrid nanocomposites // Polymer Degradation and Stability. 2019. Vol. 170. Art. 109003.
    25. Sánchez-Romate X.F., Terán P., Prolongo S.G. et al. Hydrothermal ageing on self-sensing bonded joints with novel carbon nanomaterial reinforced adhesive films // Polymer Degradation and Stability. 2020. Vol. 177. Art. 109170.
    26. Wang Y., Zhu W., Wan B. et al. Hygrothermal ageing behavior and mechanism of carbon nanofibers modified flax fiber-reinforced epoxy laminates // Composites: Part A. 2021. Vol. 140. Art. 106142.
    27. Awad S.A., Fellows C.M., Mahini S.S. Effects of accelerated weathering on the chemical, mechanical, thermal and morphological properties of an epoxy/multi-walled carbon nanotube composite // Polymer Testing. 2017. Vol. 66. P. 70–77.
    28. Awad S.A., Fellows C.M., Mahini S.S. Evaluation of bisphenol A-based epoxy resin containing multiwalled carbon nanotubes to improve resistance to degradation // Journal of Composite Materials. 2018. Vol. 53. P. 2981–2991.
    29. Mach P., Geczy A., Polansky R., Bušek D. Glass transition temperature of nanoparticle-enhanced and environmentally stressed conductive adhesive materials for electronics assembly // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2019. Vol. 30. P. 4895–4907.
    30. Gkikas G., Douka D.-D., Barkoula N.-M., Paipetis A.S. Nano-enhanced composite materials under thermal shock and environmental degradation: a durability study // Composites Part B: Engineering. 2015. Vol. 70. P. 206–214.
    31. Kondrashov S.V., Merkulova Y.I., Marakhovskii P.S., Shashkeev K.A., Popkov O.V., Startsev O.V., Molokov M.V., Kurshev E.V., D'yachkova T.P., Yurkov G.Y. Degradation of physicomechanical properties of epoxy nanocomposites with carbon nanotubes upon heat and humidity aging // Russian Journal of Applied Chemistry. 2017. Vol. 90. No. 5. P. 788–796.
    32. Большаков В.А., Кондрашов С.В., Меркулова Ю.И. и др. Исследование свойств наномодифицированных углекомпозитов до и после термовлажностного старения // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 2 (35). С. 61–66. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-2-61-66.
    33. Glaskova-Kuzmina T., Aniskevich A., Papanicolaou G. et al. Hydrothermal Aging of an Epoxy Resin Filled with Carbon Nanofillers // Polymers. 2020. Vol. 12. No. 5. Art. 1153.
    34. Yang T., Lu S., Song D. et al. Effect of nanofiller on the mechanical properties of carbon fiber/epoxy composites under different aging conditions // Materials. 2021. Vol. 14. Art. 7810.
    35. Мухаметов Р.Р., Петрова А.П. Термореактивные связующие для полимерных композиционных материалов. M.: ВИАМ, 2021. 528 c.
    36. Каблов Е.Н., Чурсова Л.В., Бабин А.Н. и др. Разработки ФГУП «ВИАМ» в области расплавных связующих для полимерных композиционных материалов // Полимерные материалы и технологии. 2016. Т. 2. № 2. С. 37–42.
    37. Мишуров К.С., Павловский К.А., Имаметдинов Э.Ш. Влияние внешней среды на свойства углепластика ВКУ-27Л // Труды ВИАМ. 2018. № 3 (63). Ст. 07. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 13.11.2023). DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-3-60-67.
    38. Славин А.В., Старцев О.В. Свойства авиационных стеклопластиков и углепластиков на ранней стадии климатического воздействия // Труды ВИАМ. 2018. № 9 (69). Ст. 08. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 13.11.2023). DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-9-71-82.
    39. Старцев В.О., Славин А.В. Стойкость углепластиков и стеклопластиков на основе расплавных связующих к воздействию умеренно холодного и умеренно теплого климата // Труды ВИАМ. 2021. № 5 (99). Ст. 12. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 13.11.2023). DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-5-114-126.
    40. Сидорина А.И., Сафронов А.М., Куцевич К.Е., Клименко О.Н. Углеродные ткани для изделий авиационной техники // Труды ВИАМ. 2020. № 12 (94). Ст. 5. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 13.11.2023). DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-12-47-58.
    41. Гуняев Г.М., Чурсова Л.В., Комарова О.А., Гуняева А.Г. Конструкционные углепластики, модифицированные наночастицами // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 277–286.
    42. Каблов Е.Н., Старцев В.О. Измерение и прогнозирование температуры образцов материалов при экспонировании в различных климатических зонах // Авиационные материалы и технологии. 2020. № 4 (61). С. 47–58. DOI: 10.18577/2071-9140-2020-0-4-47-58.
    43. Старцев О.В., Каблов Е.Н., Махоньков А.Ю. Закономерности α-перехода эпоксидных связующих композиционных материалов по данным динамического механического анализа // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер.: Машиностроение. 2011. Спецвыпуск: Перспективные конструкционные материалы и технологии. С. 104–113.
    44. Chen C.-M., Chang H.-L., Lee C.-Y. Improvement prediction on the dynamic performance of epoxy composite Uued in packaging by using nano-particle reinforcements in addition to 2-hydroxyethyl methacrylate toughener // Materials. 2021. Vol. 14. Art. 4193.
    45. Marakhovskii P.S., Ospennikova O.G., Vorob'ev N.N. et al. Еvaluation of the variability of glass transition temperature of carbon-fiber-reinforced plastic fabricated by autoclave molding // Polymer Science. Ser.: D. 2020. Vol. 13. No 1. P. 73–79.
    46. Odegard G.M., Bandyopadhyay A. Physical aging of epoxy polymers and their composites // Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. 2011. Vol. 49. P. 1695–1716.
    47. Startsev O.V., Krotov A.S., Golub P.D. Effect of climatic and radiation ageing on properties of VPS-7 glass fibre reinforced epoxy composite // Polymer Degradation and Stability. 1999. Vol. 63. P. 353–358.
    48. Старцев В.О., Николаев Е.В., Варданян А.М., Нечаев А.А. Влияние климатических воздействий на внутренние напряжения наномодифицированного цианэфирного углепластика // Труды ВИАМ. 2021. № 8 (102). Ст. 12. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 13.11.2023). DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-8-104-112.
    49. Herakovich C.T., Hier M.W. Damage-induced property changes in composites subjected to cyclic thermal loading // Engineering Fracture Mechanics. 1986. Vol. 25. P. 779–791.

7.

DOI: 10.18577/2713-0193-2025-0-2-91-102

УДК: 546.05:666.3.016

Страницы: 91-102

И.В. Суджанская1, Ю.Е. Лебедева1, М.Л. Ваганова1, Н.Е. Щеголева1

[1] Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», admin@viam.ru

ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ДОБАВОК CeO2, Y2O3 НА МИКРОСТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКОЙ ШПИНЕЛИ MgAl2O4

Образцы керамической шпинели MgAl2O4 и системы MgAl2O4–CeO2–Y2O3 получены методом реакции в твердой фазе. Методом рентгенофазового анализа показано, что в обоих образцах преобладает кубическая структура с пространственной группой симметрии Fd3m, однако в системе MgAl2O4–CeO2–Y2O3 присутствует вторая кубическая фаза с пространственной группой симметрии Ia3d, составляющая ~1 %. Установлено, что солегирование CeO2, Y2O3 керамической шпинели MgAl2O4 приводит к увеличению плотности, микротвердости, трещиностойкости, снижению пористости и водопоглощения.

Ключевые слова: алюмомагниевая шпинель, редкоземельные элементы, микроструктура, плотность, микротвердость, трещиностойкость

Список литературы

    Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1 (34). С. 3–33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.
    2. Kablov E.N., Karachevtsev F.N., Shilov A.L. et al. Thermodynamics and vaporization of ceramics based on the Gd2O3–ZrO2 and Gd2O3–HfO2 systems studied by kems // Journal of Alloys and Compounds. 2022. Vol. 908. P. 164575.
    3. Соколов А.В., Дейнега Г.И., Кузьмина Н.А. Влияние добавки Sc2O3 на температуру спекания и свойства оксидной керамики системы ZrO2–Y2O3 // Авиационные материалы и технологии. 2020. № 1 (58). С. 64–69. DOI: 10.18577/2071-9140-2020-0-1-64-69.
    4. Лебедева Ю.Е., Чайникова А.С., Щеголева Н.Е., Беляченков И.О., Турченко М.В. Синтез и исследование свойств золей оксида иттрия // Труды ВИАМ. 2023. № 2 (120). Ст. 03. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 29.07.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2023-0-2-32-41.
    5. Лебедева Ю.Е., Щеголева Н.Е., Воронов В.А., Солнцев С.С. Керамические материалы на основе оксидов алюминия и циркония, полученные золь-гель методом // Труды ВИАМ. 2021. № 4 (98). Ст. 05. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 29.07.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-4-61-73.
    6. Беляченков И.О., Щеголева Н.Е., Чайникова А.С., Ваганова М.Л., Шавнев А.А. Влияние спекающих и модифицирующих добавок на процесс спекания и свойства нитридокремниевой керамики // Авиационные материалы и технологии. 2020. № 1 (58). С. 70–78. DOI: 10.18577/2071-9140-2020-0-1-70-78.
    7. Ganesh J.A. Review on magnesium aluminate (MgAl2O4) spinel: synthesis, processing and applications // International Materials Reviews. 2013. Vol. 115. No. 16. P. 63–112.
    8. Ikesue A., Aung Y.L. Advanced spinel ceramics with highest VUV-vis transparency // Journal of the European Ceramic Society. 2020. Vol. 40. Is. 6. P. 2432–2438. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2020.01.062.
    9. Zan W., Ma B., Cao Y. et al. Preparation and performance optimization of MgAl2O4 spinel materials by single-step reaction sintering // Ceramics International. 2023. Vol. 49. Is. 14. P. 23567–23578. DOI: 10.1016/j.ceramint.2023.04.191.
    10. Mittal D., Hostasa J., Silvestroni L. et al. Tribological behavior of transparent ceramics: A review // Journal of the European Ceramic Society. 2022. Vol. 42. Is. 14. P. 6303–6334. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2022.06.080.
    11. Braulio M.A.L., Rigaud M., Buhr A. еt al. Spinel-containing alumina-based refractory castables // Ceramics International. 2011. Vol. 37. P. 1705–1724. DOI: 10.1016/j.ceramint.2011.03.049.
    12. Zhang Y., Guo Z.H., Han Z.Y., Xiao X.Y. Effect of rare earth oxides doping on MgAl2O4 spinel obtained by sintering of secondary aluminium dross // Journal of Alloys and Compound. 2018. Vol. 735. P. 2597–2603. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.11.356.
    13. Wang X.J., Tian Y.M., Hao J.Y. et al. Sintering mechanism and properties of MgAl2O4–CaAl12O19 composites with ZnO addition // Journal of European Ceramics Society. 2020. Vol. 40. P. 6149–6154. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2020.07.008.
    14. Aksel C., Warren P.D., Riley F.L. Magnesia-spinel microcomposites // Journal of European Ceramics Society. 2004. Vol. 24. P. 3119–3128. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2003.10.036.
    15. Sinhamahapatra S., Tripathi H.S., Ghosh A. Densification and properties of magnesia-rich magnesium-aluminate spinel derived from natural and synthetic raw materials // Ceramics International. 2016. Vol. 42. P. 5148–5152. DOI: 10.1016/j.ceramint.2015.12.035.
    16. Sahin B., Aksel C. Developments on the mechanical properties of MgO–MgAl2O4 composite refractories by ZrSiO4–3 mol% Y2O3 addition // Journal of European Ceramics Society. 2012. Vol. 32. P. 49–57.
    17. Xuan S., Tian Y., Kong X. et al. Effect of different MgO/Al2O3 ratios on microstructural densification, sintering process and mechanical property of MgAl2O4 materials // Journal of Materials Research and Technology. 2023. Vol. 25. P. 2518–2526. DOI: 10.1016/j.jmrt.2023.06.044.
    18. Waetzig K., Hutzler T. Highest UV-vis transparency of MgAl2O4 spinel ceramics prepared by hot pressing with LiF // Journal of the European Ceramic Society. 2017. Vol. 37. Is. 5. P. 2259–2263. DOI: 10.1016/j.eurceramsoc.2017.01.010.
    19. Zhu L.-L., Park Y.-J., Gan L. еt al. Fabrication of transparent MgAl2O4 from commercial nanopowders by hot-pressing without sintering additive // Materials Letters. 2018. Vol. 219. P. 8–11. DOI: 10.1016/j.matlet.2018.02.010.
    20. Morita K., Kim B.-N., Hiraga K. Fabrication of transparent MgAl2O4 spinel polycrystal by sparc plasma sintering processing // Scripta Materialia. 2008. Vol. 58. Is. 12. P. 1114–1117. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2008.02.008.
    21. Bernard-Granger G., Benameur N., Guizard C., Nygren M. Influence of graphite contamination on the optical properties of transparent spinel obtained by spark plasma sintering // Scripta Materialia. 2009. Vol. 60. Is. 3. P. 164–167. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2008.09.027.
    22. Tran A.-T., Tran V.-T., Nguyet N.M. et al. Solid-State Reaction Synthesis of MgAl2O4 Spinel from MgO–Al2O3 Composite Particles Prepared via Electrostatic Adsorption // ACS Omega. 2023. Vol. 8. Is. 39. P. 36253–36260. DOI: 10.1021/acsomega.3c04782.
    23. Baruah B., Bhattacharyya S., Sarkar R. Synthesis of magnesium aluminate spinel – An overview // International Journal of Applied Ceramic Technology. 2022. Vol. 20. P. 1331–1349. DOI: 10.1111/ijac.14309.
    24. Sako E.Y., Braulio M.A.L., Zinngrebe E. еt. аl. Fundamentals and applications on in situ spinel formation mechanisms in Al2O3–MgO refractory castables // Ceramics International. 2012. Vol. 38. Is. 3. P. 2243–2251. DOI: 10.1016/j.ceramint.2011.10.074.
    25. Zhou Y., Ye D., Wu Y. et al. Low-cost preparation and characterization of MgAl2O4 ceramics // Ceramics International. 2022. Vol. 48. Is. 5. P. 7316–7319. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.11.196.
    26. Kim T., Kim D., Kang S. Effect of additives on the sintering of MgAl2O4 // Journal of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 587. P. 594–599. DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.10.250.
    27. Bhaduri S., Bhaduri S.B. Microstructural and mechanical properties of nanocrystalline spinel and related composites // Ceramics International. 2002. Vol. 28. Is. 2. Р. 153–158. DOI: 10.1016/S0272-8842(01)00071-2.
    28. Weissmiiller J. Alloy effects in nanostructures // Nanostructured materials. 1993. Vol. 3. P. 261–272. DOI: 10.1016/0965-9773(93)90088-s.
    29. Dereck N.F.M., Maxwell A.T.M., Sabyasachi S., Ricardo H.R.C. Grain boundary energy, disordering energy and grain growth kinetics in nanocrystalline MgAl2O4 spinel // Acta Materialia. 2018. Vol. 149. P. 302–311. DOI: 10.1016/j.actamat.2018.02.052.
    30. Hasan Md.M., Dholabhai P.P., Dey S. et al. Reduced grain boundary energies in rare-earth doped MgAl2O4 spinel and consequent grain growth inhibition // Journal of the European Ceramic Society. 2017. Vol. 37. Is. 13. P. 4043–4050. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2017.04.073.
    31. Yuan L., Ma B., Zhu Q. et al. Preparation and properties of MgAl2O4 based ceramics reinforced with rod-like microcrystallines by co-doping Sm2O3 and La2O3 // Ceramics International. 2017. Vol. 43. Is. 18. P. 16258–16263. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.08.210.
    32. Sarcar R., Tripathi H.S., Ghosh A. Reaction sintering of different spinel compositions in the presence of Y2O3 // Materials Letters. 2004. Vol. 58. Is. 16. P. 2186–2191. DOI: 10.1016/j.matlet.2004.01.015.
    33. Qiu G.M., Li X.K., Qiu T. et al. Application of Rare Earhts in Advanced Ceramic Materials // Journal of Rare Earths. 2007. Vol. 25. Is. 2. P. 281–286. DOI: 10.1016/S1002-0721(07)60489-X.
    34. Zan W., Ma B., Tang J. et al. Preparation and properties of MgAl2O4 spinel ceramics by double-doped CeO2 and La2O3 // Ceramics International. 2023. Vol. 49. Is. 10. P. 15164–15175. DOI: 10.1016/j.ceramint.2023.01.099.
    35. Ren X., Ma B., Zhang G. et al. Preparation and properties of MgAl2O4 spinel ceramics by double-doped Sm2O3–(Y2O3, Nd2O5 and La2O3) // Materials Chemistry and Physics. 2020. Vol. 252. P. 123309. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2020.123309.
    36. Niihara K., Morena R., Hasselman D.P.H. Evalution of K1c of brittle solids by the indentation method with low crack-to-indent rations // Journal of Materials Science Letters. 1982. Vol. 1. P. 13–16.
    37. You Z., Zhaohui G., Ziyu H., Xiyuan X. Effect of rare earth oxide doping on MgAl2O4 spinel obtained by sintering of secondary aluminium dross // Journal of Alloys and Compounds. 2017. Vol. 11. P. 356. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.11.356.
    38. Gao W., Kundu A., Yu Z. et al. Direct correlations between fracture toughness and grain boundary segregation behavior in ytterbium-doped magnesium aluminate spine // Scripta Materialia. 2013. Vol. 69. P. 81–84. DOI: 10.1016//j.scriptamat.2013.03.002.

8.

DOI: 10.18577/2713-0193-2025-0-2-103-113

УДК: 669.018.9:621.762

Страницы: 103-113

Б.Д. Чернышев1, А.Д. Ковалев1, Н.П. Силюк2, С.С. Рожков3, В.С. Шустов4, Г.С. Рыжкова3, С.А. Мельников3

[1] Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», kancela@misis.ru
[2] Общество с ограниченной ответственностью «Росатом МеталлТех», metaltech@rosatom.ru
[3] Акционерное общество «Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет» им. Н.П. Сажина», info_giredmet@rosatom.ru
[4] Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук», imet@imet.ac.ru

МИКРОСТРУКТУРА И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ПСЕВДОСПЛАВОВ СИСТЕМЫ W–Ni–Cu, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ХОЛОДНОГО ИЗОСТАТИЧЕСКОГО ПРЕССОВАНИЯ

Рассмотрена возможность получения объемных изделий на основе псевдосплавов системы W–Ni–Cu методом холодного изостатического прессования с последующим жидкофазным спеканием. Для получения металлического порошка вольфрама использовали метод водородного восстановления вольфрамового ангидрида. Порошковые композиции заданного химического состава получали методами низко- и высокоэнергетического смешивания элементарных порошков с применением турбулентного смесителя и планетарной шаровой мельницы соответственно. Порошковые композиции псевдосплавов использовали для получения прессовок методом холодного изостатического прессования, которые далее подвергли спеканию в восстановительной атмосфере. Образцы, изготовленные из порошковой композиции, полученной в турбулентном смесителе, характеризуются высоким уровнем плотности, удовлетворяющим требованиям нормативно-технической документации. В результате металлографического анализа установлено, что средний размер зерна после спекания данных изделий составляет 25–65 мкм, что свидетельствует о высоком уровне полученных механических свойств.

Ключевые слова: псевдосплав, вольфрам, водородное восстановление, порошковая металлургия, холодное изостатическое прессование, жидкофазное спекание, металлографический анализ

Список литературы

    1. Поварова К.Б., Макаров П.В., Ратнер А.Д. и др. Тяжелые сплавы типа ВНЖ-90. I. Влияние легирования и режимов получения порошков вольфрама на их строение, микроструктуру и свойства спеченных сплавов // Металлы. 2002. № 4. С. 39–48.
    2. Magness L.S. Refractory metals for ordnance applications // Proc. of the Fourth Intern. Conf. on Tungsten; Refractory Metals and Alloys: Processing and Applications. Bellstone, 1987. P. 41–57.
    3. Zarinejad M., Tong Y., Salehi M. et al. Advancements and Perspectives in Additive Manufacturing of Tungsten Alloys and Composites: Challenges and Solutions // Crystals. 2024. No. 14. P. 665. DOI: 10.3390/cryst14070665.
    4. Чувильдеев В.Н., Нохрин А.В., Баранов Г.В. и др. Исследование структуры и механических свойств нано- и ультрадисперсных механоактивированных вольфрамовых псевдосплавов // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2010. № 2 (1). С. 47–59.
    5. Kim S.-C. Improving the X-ray Shielding Performance of Tungsten Thin-Film Plates Manufactured Using the Rolling Technology // Applied Sciences. 2021. No. 11. P. 9111. DOI: 10.3390/app11199111.
    6. Bose A., Klotz B.R., Kelloy F.R. et al. Nanocrystalline Tungsten Powder Synthesis Using High Energy Milling // Proc. VII Intl Conf. «Tungsten, Refractory & Hardmetals». Maryland: Publ MPIF, 2008. P. 5–35.
    7. Cizek J., Vilemova M., Lukac F. et al. Cold Sprayed Tungsten Armor for Tokamak First Wall // Coatings. 2019. No. 9 (12). P. 836. DOI: 10.3390/coatings9120836.
    8. Khirwadkar S.S., Singh K.P., Patil Y. et al. Fabrication and characterization of tungsten and graphite based PFC for divertor target elements of ITER like tokamak application // Fusion Engineering and Design. 2011. Vol. 86. Is. 9-11. P. 1736–1740. DOI: 10.1016/j.fusengdes.2011.01.111.
    9. Hirai T., Panayotis S., Barabash V. et al. Use of tungsten material for the ITER divertor // Nuclear Materials and Energy. 2016. Vol. 9. P. 616–622. DOI: 10.1016/j.nme.2016.07.003.
    10. Pitts R.A., Bonnin X., Escourbiac F. et al. Physics basis for the first ITER tungsten divertor // Nuclear Materials and Energy. 2009. Vol. 20. P. 100696. DOI: 10.1016/j.nme.2019.100696.
    11. Abrams T., Unterberg E.A., McLean A.G. et al. Experimental validation of a model for particle recycling and tungsten erosion during ELMs in the DIII-D divertor // Nuclear Materials and Energy. 2018. Vol. 17. P. 164–173. DOI: 10.1016/j.nme.2018.10.011.
    12. Чернышев Б.Д., Щетинин И.В. Исследование возможности получения постоянных магнитов на основе систем Fe–Cr–Co и Fe–Sr–O методами аддитивных технологий // Электронная техника. Серия 1: СВЧ-техника. 2023. № 3 (559). C. 24–33.
    13. Байдаров С.Ю., Камынин А.В., Крапошин В.С. и др. Проблемы развития MIM-технологии в России в области производства постоянных магнитов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2019. № 9. С. 34–37.
    14. Talignani A., Seede R., Whittet A. et al. A review on additive manufacturing of refractory tungsten and tungsten alloys // Additive Manufacturing. 2022. Vol. 58. P. 103009. DOI: 10.1016/j.addma.2022.103009.
    15. Howard L., Parker G.D., Yu X. Progress and Challenges of Additive Manufacturing of Tungsten and Alloys as Plasma-Facing Materials // Materials. 2024. Vol. 17 (9). P. 2104. DOI: 10.3390/ma17092104.
    16. Pan S., Yao G., Cuiet Y. et al. Additive manufacturing of tungsten, tungsten-based alloys, and tungsten matrix composites // Tungsten. 2023. Vol. 5. P. 1–31. DOI: 10.1007/s42864-022-00153-6.
    17. Dorow-Gerspach D., Kirchner A., Loewenhoff Th. et al. Additive manufacturing of high density pure tungsten by electron beam melting // Nuclear Materials and Energy. 2021. Vol. 28. P. 101046. DOI: 10.1016/j.nme.2021.101046.
    18. Wang J., Liu W., Ma Y. et al. Research on hot isostatic pressing sintering behavior of
    90W–Ni–Fe–Cu alloy // Journal of Materials Research and Technology. 2023. Vol. 26. P. 7284–7299. DOI: 10.1016/j.jmrt.2023.09.053.
    19. Hu B., Cai G., Fu J. et al. Densification behavior of tungsten alloy powders during hot isostatic pressing // Materials Today Communications. 2022. Vol. 31. P. 103576. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2022.103576.
    20. Chen C., Ma S. Study on characteristics and sintering behavior of W–Ni–Co tungsten heavy alloy by a secondary ball milling method // Journal of Alloys and Compounds. 2018. Vol. 731. P. 78–83. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.09.125.

9.

DOI: 10.18577/2713-0193-2025-0-2-114-127

УДК: 678.7:537.52

Страницы: 114-127

И.К. Некрасов1, И.Ш. Абдуллин2, Ф.Р. Сагитова3

[1] Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет», public.mail@kpfu.ru
[2] Общество с ограниченной ответственностью «Плазма-ВСТ», plasma.vst@gmail.com
[3] Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ», kai@kai.ru

ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА С ПОМОЩЬЮ МОДИФИКАЦИИ ПЛАЗМОЙ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ЕМКОСТНОГО РАЗРЯДА ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ 

Рассмотрено влияние аппретирования сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) на свойства композиционного материала на его основе. Показано, что применение аппрета, который позволяет повысить смачиваемость СВМПЭ-материалов, привело к снижению прочностных характеристик. Установлены эффективность удаления аппрета с поверхности СВМПЭ с помощью плазмы высокочастотного емкостного разряда пониженного давления, восстановление первоначальных механических параметров СВМПЭ и улучшение прочностных характеристик композиционного материала на основе плазмообработанного СВМПЭ. Методом термомеханического анализа определены температурный диапазон эксплуатации композита на основе СВМПЭ и оптимальное содержание матрицы.

Ключевые слова: сверхвысокомолекулярный полиэтилен, высокочастотный емкостной разряд, композиционные материалы, аппрет

Список литературы

    1. Каблов Е.Н., Бакрадзе М.М., Громов В.И., Вознесенская Н.М., Якушева Н.А. Новые высокопрочные конструкционные и коррозионностойкие стали для аэрокосмической техники разработки ФГУП «ВИАМ» (обзор) // Авиационные материалы и технологии. 2020. № 1 (58). С. 3–11. DOI: 10.18577/2071-9140-2020-0-1-3-11.
    2. Каблов Е.Н. Тенденции и ориентиры инновационного развития России: сб. науч.-информ. мат. 3-е изд., перераб. и доп. М.: ВИАМ, 2015. 720 с.
    3. Каблов Е.Н. Материалы нового поколения – основа инноваций технологического лидерства и национальной безопасности России // Интеллект и технологии. 2016. № 2 (14). С. 16–21.
    4. Каблов Е.Н. Композиты: сегодня и завтра // Металлы Евразии. 2015. № 1. С. 36–39.
    5. Валуева М.И., Колобков А.С., Малаховский С.С. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен: рынок, свойства, направления применения (обзор) // Труды ВИАМ. 2020. № 3 (87). Ст. 05. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 15.08.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-3-49-57.
    6. Ибатуллина А.Р. Обзор производителей и сравнение свойств сверхпрочных вык[c]окомодульных волокон // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. № 19. С. 136–139.
    7. Zhong W.H., Sui G., Jana S., Miller J. Cosmic radiation shielding tests for UHMWPE fiber/nano-epoxy composites // Composites Science and Technology. 2009. Vol. 69. No. 13. P. 2093–2097.
    8. Gautam Y.R., Singh S., Verma M.K. Application of UHMWPE fiber based composite material // International Journal of Research in Advent Technology. 2018. Vol. 6. No. 7. P. 1768–1771.
    9. Сергеева Е.А., Костина К.Д. Способы получения композитов и изделий на основе ткани из СВМПЭ и резины для производства топливных баков // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. № 5. С. 101–105.
    10. Baena J.C., Wu J., Peng Z. Wear performance of UHMWPE and reinforced UHMWPE composites in arthroplasty applications: a review // Lubricants. 2015. Vol. 3. No. 2. P. 413–436.
    11. Wang Y., Hou R. Research progress on surface modification and application status of UHMWPE fiber // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2022. Vol. 2263. No. 1. P. 012016.
    12. Chhetri S., Bougherara H. A comprehensive review on surface modification of UHMWPE fiber and interfacial properties // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2021. Vol. 140. P. 106146.
    13. Dayyoub T., Maksimkin A., Senatov F.S., Kaloshin S.D. Treating UHMWPE surface for enhancing the adhesion properties by cellulose grafting // International Journal of Adhesion and Adhesives. 2020. Vol. 98. P. 102535.
    14. Chukov D.I. Surface modification of carbon fibers and its effect on the fiber–matrix interaction of UHMWPE based composites // Journal of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 586. P. S459–S463.
    15. Liu N. Chemical modification on UHMWPE microparticles to improve the interfacial and tribological properties of UHMWPE/carbon fabric/phenolic laminate in water environment // Surface and Interface Analysis. 2016. Vol. 48. No. 1. P. 40–46.
    16. Peterlin A. Molecular model of drawing polyethylene and polypropylene // Journal of materials science. 1971. Vol. 6. No. 6. P. 490–508.
    17. Lin L., Argon A.S. Structure and plastic deformation of polyethylene // Journal of Materials Science. 1994. Vol. 29. No. 2. P. 294–323.
    18. Riveiro A., Macon A.L.B., Val del J., Comesana R. Laser surface texturing of polymers for biomedical applications // Frontiers in physics. 2018. Vol. 6. P. 16.
    19. Ананьев В.В., Губанова М.И., Кирш И.А. и др. Модификация полиэтилена, инициированная ультразвуком // Пластические массы. 2008. № 6. С. 7–8.
    20. Wan C., Cao T., Li J., Lu F. Modification of UHMWPE porous fibers by acrylic acid and its adsorption kinetics for Cu2+ removal // Polymer Bulletin. 2017. Vol. 74. No. 9. P. 3855–3870.
    21. Оулет Р. Технологическое применение низкотемпературной плазмы; пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1983. 144 с.
    22. Максимов А.И., Горберг Б.Л., Титов В.А. Возможности и проблемы плазменной обработки тканей и полимерных материалов // Текстильная химия. 1992. № 1. С. 101–118.
    23. Abdullin I.S., Zheltuhin V.S., Nekrasov I.K., Sagitova F.R. Experimental and Theoretical Study of the Interaction of a Low-Energy Ion Flow with Chemical Fibers // High Energy Chemistry. 2023. Vol. 57. No. 1. P. 132–136.
    24. Сергеева Е.А., Корнеева Н.В., Зенитова Л.А., Абдуллин И.Ш. Модификация синтетических волокнистых материалов и изделий неравновесной низкотемпературной плазмой. Ч. 2. Свойства, структура, технологии. Казань: КГТУ, 2011. 254 с.
    25. Abdullin I.S., Zheltuhin V.S., Nekrasov I.K., Sagitova F.R. Modification of the surface of high-modulus polyethylene with low-energy low-intensity ion streams: theory and experiment // Processes of Petrochemistry and Oil Refining. 2022. Vol. 23. No. 4. P. 525–543.
    26. Firouzi D., Foucher D.A., Bougherara H. Nylon‐coated ultra high molecular weight polyethylene fabric for enhanced penetration resistance // Journal of Applied Polymer Science. 2014. Vol. 131. No. 11. Art. 40350.
    27. Hassanein N., Bougherara H., Amleh A. In-vitro evaluation of the bioactivity and the biocompatibility of a novel coated UHMWPE biomaterial for biomedical applications // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2020. Vol. 101. P. 103409.
    28. Iwamoto R., Murase H. Infrared spectroscopic study of the interactions of nylon‐6 with water // Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. 2003. Vol. 41. No. 14. P. 1722–1729.
    29. Гришанова И.А., Сергеева Е.А., Илюшина С.В., Шаехов М.Ф. Влияние природы и состава плазмообразующей среды на физико-механические свойства высокомодульных полиэтиленовых волокон // Вестник Казанского технологического университета. 2010. № 10. С. 231–236.
    30. Сергеева Е.А., Ибатуллина А.Р., Брысаев А.С. Прочностные характеристики композиционных материалов на основе плазмоактивированных сверхвысокомолекулярных полиэтиленовых волокон // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15. № 18. C. 133–135.
    31. Данильченко А.А., Кияненко Е.А., Гришанова И.А., Зенитова Л.А. Влияние плазмохимической обработки волокон СВМПЭ на физико-механические свойства ПКМ на основе полиуретана // Фундаментальные и прикладные проблемы создания материалов и аспекты технологий текстильной и легкой промышленности. Казань, 2019. С. 121–125.
    32. Сергеева Е.А., Букина Ю.А., Ибатуллина А.Р. Влияние плазменной обработки на физико-механические свойства волокон из сверхвысокомолекулярного полиэтилена // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15. № 17. С. 116–119.
    33. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Некрасов И.К., Шаехов М.Ф., Сагитова Ф.Р. Особенности формирования слоя положительного заряда при модификации изделий в струе высокочастотного емкостного разряда в условиях динамического вакуума // Физика и химия обработки материалов. 2024. № 1. С. 30–40.
    34. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Кашапов Н.Ф. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2000. 348 с.
    35. Wang T., Wang C., Qiu Y. Surface modification of ultra high modulus polyethylene fibers by an atmospheric pressure plasma jet // Journal of applied polymer science. 2008. Vol. 108. No. 1. P. 25–33.
    36. Сергеева Е.А. Регулирование свойств синтетических волокон, нитей, тканей и композиционных материалов на их основе с помощью неравновесной низкотемпературной плазмы: дис. … д-ра техн. наук. Казань: Казанск. гос. технологич. ун-т, 2010. 432 с.
    37. Кудинов В.В., Мамонов В.И., Корнеева Н.В. Влияние плазменной активации и термообработки на свойства сверхвысокомолекулярных полиэтиленовых волокон в композиционных материалах // Физика и химия обработки материалов. 2013. № 5. С. 36–39.
    38. Сергеева Е.А., Ибатуллина А.Р., Хубатхузин А.А. Влияние плазменной модификации на термостойкость сверхвысокомолекулярных полиэтиленовых волокон // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15. № 18. С. 129–132.

10.

DOI: 10.18577/2713-0193-2025-0-2-128-136

УДК: 621.798.264

Страницы: 128-136

И.С. Макущенко1, И.А. Козлов1, Д.Н. Смирнов1, Е.В. Куршев1, С.Л. Лонский1

[1] Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», admin@viam.ru

ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНГИБИТОРОВ КОРРОЗИИ В ПОЛИСУЛЬФИДНОМ ГЕРМЕТИКЕ 

Проанализирована структура полисульфидного герметика, содержащего различные ингибиторы коррозии. Исследовано изменение массы герметика после выдержки в дистиллированной воде и топливе ТС-1 в течение 150 сут. Определено количество ионов ингибиторов коррозии в водной вытяжке герметика. Выполнены микроструктурные исследования, проведены элементный анализ полисульфидного герметика с различными ингибиторами коррозии и сравнительный анализ изменения количества ингибитора коррозии в микроструктуре среза при выдержке образцов в камере солевого тумана. 

Ключевые слова: полимеры, полисульфидный герметик, ингибиторы коррозии, структура, изменение массы, элементный анализ

Список литературы

    1. Лаптев А.Б., Закирова Л.И., Загорских О.А., Павлов М.Р. Методы исследования процессов коррозионно-механического разрушения и наводороживания металлов (обзор). Часть 3. Коррозионное растрескивание алюминиевых сплавов // Труды ВИАМ. 2022. № 6 (112). Ст. 12. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 03.10.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2022-0-6-138-149.
    2. Каблов Е.Н. Материалы нового поколения и цифровые технологии их переработки // Вестник Российской академии наук. 2020. Т. 90. № 4. С. 331–334.
    3. Каблов Е.Н., Старцев О.В., Медведев И.М. Обзор зарубежного опыта исследований коррозии и средств защиты от коррозии // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 2. С. 76−87. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-2-76-87.
    4. Россина Н.Г., Попов Н.А., Жилякова М.А. Коррозия и защита металлов: учеб.-метод. пособие. Екатеринбург: Изд-во Уральск. ун-та, 2019. С. 3‒4.
    5. Розенфельд И.Л., Рубинштейн Ф.И. Антикоррозионные грунтовки и ингибированные лакокрасочные покрытия. М.: Химия, 1980. С. 95–112.
    6. Каблов Е.Н., Семенова Л.В., Еськов А.А., Лебедева Т.А. Комплексные системы лакокрасочных покрытий для защиты металлических полимерных композиционных материалов, а также их контактных соединений от воздействия агрессивных факторов // Лакокрасочные материалы и их применение. 2016. № 6. С. 32−35.
    7. Макущенко И.С., Смирнов Д.Н., Козлов И.А. Полисульфидные антикоррозионные герметики и ингибирующие составы (обзор литературы) // Коррозия: защита, материалы. 2023. № 1. С. 20–25.
    8. Рахманкулов Д.Л., Бугай Д.Е., Габитов А.И. и др. Ингибиторы коррозии: в 2 т. Уфа: Реактив, 1997. Т. 1: Основы теории и практики применения. С. 117–128.
    9. Смыслова Р.А. Герметики на основе жидкого тиокола. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1974. 84 с.
    10. PPG Aeroсpase. P/S 870 Class C Corrosion Inhibitive Sealant. URL: https://www.ppgaeroсpase.com/Products/Sealants/Corrosion-Inhibitive/P-S-870-Class-C-Corrosion-Inhibitive-Sealant (дата обращения: 04.10.2024).
    11. Каюшников С.Н., Прокопчук Н.Р., Усе Е.П., Алфимов И.В. Исследование влияния цинксодержащих технологических добавок на технические свойства резин // Вестник технологического университета. 2017. Т. 20. № 6. С. 36‒40.
    12. Fiaud C. Theory and Practice of Vapour Phase Inhibitors // A Working Party Report on Corrosion Inhibitors. London: The Institute of Materials, 1994. P. 1–11.
    13. Петрова А.П., Кузнецова В.А., Лукина Н.Ф., Исаев А.Ю. Влияние антикоррозионной грунтовки на свойства клеевых соединений, выполненных с применением кремнийорганического клея-герметика // Труды ВИАМ. 2020. № 10 (92). Ст. 02. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 09.10.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-10-13-20.
    14. Евдокимов А.А., Герасимов Д.М., Вахрушева Я.А., Венедиктова М.А., Богдан Л.М. Исследование влияния компонентов на свойства герметизирующего жгутового материала для автоклавного формования полимерных композиционных материалов // Труды ВИАМ. 2024. № 8 (138). Ст. 02. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 10.10.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2024-0-8-19-27.
    15. Розенфельд И.Л. Ингибиторы коррозии. М.: Химия, 1977. 552 с.
    16. Лабутин А.Л., Монахова К.С., Федорова Н.С. Антикоррозийные и герметизирующие материалы на основе жидких каучуков. Л.: Химия, 1966. 208 с.
    17. ГОСТ Р 9.054‒75. Межгосударственный стандарт. Единая система защиты от коррозии и старения. Консервационные масла, смазки и ингибированные пленкообразующие нефтяные составы. Методы ускоренных испытаний защитной способности. М.: Изд-во стандартов, 1976. 15 с.
    18. Чалых А.Е. Диффузия в полимерных системах. М.: Химия, 1987. 312 с.
    19. Макущенко И.С., Козлов И.А., Смирнов Д.Н., Вдовин А.И., Карачевцев Ф.Н. Исследование защитных свойств полисульфидного герметика, содержащего ингибиторы коррозии // Клеи. Герметики. Технологии. 2023. № 11. С. 7–14. DOI: 10.31044/1813-7008-2023-0-11-7-14.
    20. Ракова Т.М., Козлова А.А., Нефедов Н.И., Лаптев А.Б. Исследование влияния органических и неорганических ингибиторов коррозии на коррозионное растрескивание высокопрочных сталей // Труды ВИАМ. 2017. № 6 (54). Ст. 12. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 04.10.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-6-12-12.
    21. Макущенко И.С., Козлов И.А., Смирнов Д.Н., Куршев Е.В., Лонский С.Л. Влияние ингибиторов коррозии на микроструктуру и кинетику вулканизации полисульфидного герметика // Труды ВИАМ. 2024. № 4 (134). Ст. 09. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 10.10.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2024-0-4-123-132.

11.

DOI: 10.18577/2713-0193-2025-0-2-137-146

УДК: 66.017

Страницы: 137-146

Д.С. Скоробогатько1, А.Н. Головков1, И.И. Кудинов1, С.И. Куличкова1

[1] Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», admin@viam.ru

СРАВНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОНИКАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В КАПИЛЛЯРНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ

Исследованы основные физические показатели проникающих жидкостей (пенетрантов), влияющих на глубину и скорость заполнения поверхностных дефектов. Методами лежащей капли и сталагмометрическим методом количественно определены такие параметры, как поверхностное натяжение и равновесный краевой угол смачивания восьми различных пенетрантов отечественного и зарубежного производства на поверхности сплава ЭП718. Рассмотрены различные методы, позволяющие получить экспериментальные данные для расчета времени и глубины заполнения поверхностного дефекта.

Ключевые слова: неразрушающий контроль, капиллярный контроль, проникающие жидкости, смачивание металлов, равновесный краевой угол смачивания, поверхностное натяжение

Список литературы

    1. Головков А.Н., Куличкова С.И., Кудинов И.И., Скоробогатько Д.С. Анализ существующих контрольных образцов для проверки чувствительности дефектоскопических материалов при проведении капиллярного неразрушающего контроля (обзор) // Труды ВИАМ. 2019. № 11 (83). Cт. 11. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 14.05.2022). DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-11-95-103.
    2. Скоробогатько Д.С., Головков А.Н., Кудинов И.И., Куличкова С.И. К вопросу об экотоксичности и эффективности различных классов промышленных неионогенных ПАВ, используемых при очистке металлических поверхностей в процессе капиллярного контроля деталей авиационной техники (обзор) // Авиационные материалы и технологии. 2021. № 4 (65). Ст. 11. URL: http://www.journal.viam.ru (дата обращения: 24.12.2021). DOI: 10.18577/2713-0193-2021-0-4-98-106.
    3. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1 (34). С. 3–33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.
    4. Каблов Е.Н. Роль химии в создании материалов нового поколения для сложных технических систем // Тез. докл. ХХ Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Екатеринбург: УрО РАН, 2016. С. 25–26.
    5. Каблов Е.Н. Материалы и химические технологии для авиационной техники // Вестник Российской академии наук. 2012. Т. 82. № 6. С. 520–530.
    6. Филинов М.В., Прохоренко П.П. Физические основы и средства капиллярной дефектоскопии. М.: Физматлит, 2008. 306 с.
    7. Глазков Ю.А. Капиллярный контроль. М.: Спектр, 2013. 144 с.
    8. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. М.: Химия, 1976. 234 с.
    9. Owens D.K., Wendt R.C. Estimation of the surface free energy of polymers // Journal of Applied Polymer Science. 1969. Vol. 13. No. 8. P. 1741–1747.
    10. Schrader M.E. Ultra-high vacuum techniques in the measurement of contact angles: Methylene iodide on glass //Journal of Colloid and Interface Science. 1968. Vol. 27. Is. 4. P. 743–750.
    11. Erb R.A. Wettability of metals under continuous condensing conditions // The Journal of Physical Chemistry. 1965. Vol. 69. Is. 4. P. 1306–1309.
    12. Ebnesajjad E. Handbook of Adhesives and Surface Preparation: Technology, Applications and Manufacturing. Elsevier, 2011. P. 23.
    13. Mantel M., Wightman J.P. Influence of the Surface Chemistry on the Wettability of Stainless Steel // Surface and interface analysis. 1994. Vol. 21. P. 595–605.
    14. Forresta E., Schulze R., Liu C., Dombrowski D. Influence of Surface Contamination on the Wettability of Heat Transfer Surfaces // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2015. Vol. 91. P. 311–317.
    15. Migun N.P., Shnip A.I. Model of film flow in a dead-end conic capillary // Journal of engineering physics and thermophysics. 2022. Vol. 75. No. 6. P. 1422–1428.
    16. Карякин А.В., Боровиков А.С. Люминесцентная и цветная дефектоскопия. М.: Машиностроение, 1972. 239 с.
    17. Мигун Н.П., Гнусин А.Б. Тепловые воздействия при капиллярном неразрушающем контроле. Минск: Белорусская наука, 2011. 131 с.
    18. Мигун Н.П., Волович И.В. Впитывание полярных индикаторных жидкостей в тупиковые микротрещины // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук. 2011. № 2. C. 116–122.
    19. Gulak Y., Braido D., Cuitino A. Capillary models of solvent diffusion // Chemical Engineering Science. 2013. Vol. 101. P. 515–522.
    20. Prokhorenko P.P., Migoun N.P. Calculation of Penetrant Testing Sensibility for Powder Developer // Non-Destructive testing. Proceeding of the 4th European Conference. London, 1988. P. 2774–2782.
    21. Prokhorenko P.P., Migoun N.P., Grebenshchikov S.V. Experimental studies of polar indicator liquids used in capillary penetrant testing // International Journal of Engineering Science. 1987. Vol. 25. No. 7. P. 769–773.
    22. Beril T.A. Capillarity effect analysis for alternative liquid penetrant chemicals // NDT&E International. 1997. Vol. 30. No. 1. P. 19–23.
    23. Глазков Ю.А. К вопросу оценки смачивающей способности жидкостей для капиллярной дефектоскопии // Дефектоскопия. 1990. № 11. С. 57–63.
    24. Савицкий Р.С., Судьин Ю.И., Салахова Р.К. Сравнение влияния различных антиадгезивов на свободную поверхностную энергию полимерных оснасток // Труды ВИАМ. 2023. № 5 (123). Ст. 08. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 10.10.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2023-0-5-85-93.
    25. Савицкий Р.С., Судьин Ю.И. Оценка влияния антиадгезионного состава на свободную поверхностную энергию углепластиков // Труды ВИАМ. 2023. № 3 (121). Ст. 04. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 10.10.2024). DOI: 10.18577/2307-6046-2023-0-3-39-47.
    26. Скоробогатько Д.С., Головков А.Н., Кудинов И.И., Куличкова С.И. Оценка эффективности использования водных моющих растворов на основе различных классов ПАВ для очистки металлических поверхностей перед проведением капиллярного люминесцентного контроля // Авиационные материалы и технологии. 2023. № 1 (70). Ст. 11. URL: http://www.journal.viam.ru (дата обращения: 10.10.2024). DOI: 10.18577/2713-0193-2023-0-1-137-147.

12.

DOI: 10.18577/2713-0193-2025-0-2-147-162

УДК: 533.9.082.5

Страницы: 147-162

Д.Н. Козлов1, В.В. Смирнов1, В.И. Фабелинский1

[1] Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, office@gpi.ru

ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ КОГЕРЕНТНОГО АНТИСТОКСОВА РАССЕЯНИЯ СВЕТА КАК МЕТОД БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР ГАЗОВЫХ СРЕД ВПЛОТЬ ДО 6000 °С

Дан краткий обзор результатов работ, выполненных преимущественно сотрудниками Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН, в которых бесконтактным и невозмущающим методом наносекундной лазерной спектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС) определены температуры газовых сред – вплоть до 6000 °С, в том числе в пламенах и потоках. Эти измерения представляют интерес с точки зрения испытаний новых конструкционных материалов для аэрокосмической отрасли. Описаны физические основы и особенности метода измерений, необходимая аппаратура и ее параметры.

Ключевые слова: бесконтактные измерения высоких температур в газах, высокотемпературные испытания материалов, лазерная спектроскопия, когерентное антистоксово рассеяние света, КАРС-спектроскопия

Список литературы

    1. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1 (34). С. 3–33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.
    2. Каблов Е.Н., Бакрадзе М.М., Громов В.И., Вознесенская Н.М., Якушева Н.А. Новые высокопрочные конструкционные и коррозионностойкие стали для аэрокосмической техники разработки ФГУП «ВИАМ» (обзор) // Авиационные материалы и технологии. 2020. № 1 (58). С. 3–11. DOI: 10.18577/2071-9140-2020-0-1-3-11.
    3. Термоэлектрические преобразователи вольфрамрениевые типа ТП-А (С) // Обнинская термоэлектрическая компания. URL: https://otc-obninsk.ru/ (дата обращения: 20.01.2025).
    4. High temperature thermocouples // Kamet. URL: https://kamet-trading.com/high-temperature-thermocouples-exotic-thermoco... (дата обращения: 20.01.2025).
    5. Extreme Temperature Exotic Thermocouple Probes with Lead Wire // Omega Engineering. URL: https://assets.omega.com/pdf/test-and-measurement-equipment/temperature/... (дата обращения: 20.01.2025).
    6. Adjustable Temperature Range Fixed IR Sensor // Omega Engineering. URL: https://assets.omega.com/spec/OS37_OS38.pdf (дата обращения: 20.01.2025).
    7. High Temperature Handheld Infrared Thermometer // Raytek. URL: https://www.raytek-direct.com/
      pdfs/cache/www.raytek-direct.com/rayr3iplus1ml/datasheet/rayr3iplus1ml-datasheet.pdf (дата обращения: 20.01.2025).
    8. KT15.99 IIP Infrared Radiation Thermometer // HEITRONICS Infrarot Messtechnik. URL: https://www.heitronics.com/wp-content/uploads/KT15.99-IIP-Data-Sheet-EN-... (дата обращения: 20.01.2025).
    9. Ахманов С.А., Коротеев Н.И. Методы нелинейной оптики в спектроскопии рассеяния света. М.: Наука, 1981. 543 с.
    10. Druet S.A., Taran J.P. CARS spectroscopy // Progress in Quantum Electronics. 1981. Vol. 7. No. 1. P. 1–72.
    11. Ниблер Дж.В., Найтен Г.В. Спектроскопия когерентного антистоксова рассеяния света // Спектроскопия комбинационного рассеяния света в газах и жидкостях. М.: Мир, 1982. С. 310–370.
    12. Greenhalgh D.A. Quantitative CARS spectroscopy // Advances in Nonlinear Spectroscopy. Chichester: John Wiley & Sons, 1988. Vol. 15. P. 193–251.
    13. Eckbreth A.C. Laser diagnostics for combustion temperature and species. Cambridge, MA: Abacus Press, 1988. P. 220–300.
    14. Сущинский М.М. Спектры комбинационного рассеяния молекул и кристаллов. М.: Наука, 1969. 579 с.
    15. Roy S., Gord J.R., Patnaik A.K. Recent advances in coherent anti-Stokes Raman scattering spectroscopy: fundamental developments and applications in reacting flows // Progress in Energy and Combustion Science. 2010. Vol. 36. P. 280–306.
    16. Kiefer J., Ewart P. Laser diagnostics and minor species detection in combustion using resonant four-wave mixing // Progress in Energy and Combustion Science. 2011. Vol. 37. P. 525–564.
    17. Ehn A., Zhu J., Li X., Kiefer J. Advanced laser-based techniques for gas-phase diagnostics in combustion and aerospace engineering // Applied Spectroscopy. 2017. Vol. 71. No. 5. P. 1–26.
    18. Palmer R.E. The CARSFT computer code for calculating coherent anti-Stokes Raman spectra: user and programmer information // Sandia National Laboratories Report SAND89-8206. Livermore, CA, 1989. P. 1–30.
    19. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2012618805 Рос. Федерация; CARSspectra / Федоров С.Ю.; заявитель и патентообладатель ИТ СО РАН. № 2012616890; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 27.09.2012. URL: http://www.itp.nsc.ru/labs/methods/program.html (дата обращения: 20.01.2025).
    20. Greifenstein M., Dreizler A. MARSFT: Efficient fitting of CARS spectra using a library-based genetic algorithm // Journal of Raman Spectroscopy. 2021. Vol. 52. No. 3. P. 655–663.
    21. Kobtsev V.D., Kozlov D.N., Kostritsa S.A. et al. CARS measurements of time and length scales of temperature fluctuations in a turbulent flame // Applied Spectroscopy. 2023. Vol. 77. No. 5. P. 482–490.
    22. Кобцев В.Д., Козлов Д.Н., Кострица С.А. и др. Измерения флуктуаций температуры в турбулентном пламени методом когерентного антистоксова рассеяния света // Письма в журнал технической физики. 2015. Т. 41. Вып. 15. С. 90–97.
    23. Беляев В.С., Валянский С.И., Комиссаров А.В. и др. Бесконтактные локальные измерения колебательной и вращательной температур азота в потоке электродугового плазмотрона // Письма в журнал технической физики. 1984. Т. 10. Вып. 4. С. 231–234.
    24. Гордеев А.Н., Колесников А.Ф. Высокочастотные индукционные плазмотроны серии ВГУ // Актуальные проблемы механики. Физико-химическая механика жидкостей и газов. М.: Наука, 2010. С. 151–177.
    25. Залогин Г.Н., Землянский Б.А., Кнотько В.Б. и др. Высокочастотный плазмотрон – установка для исследований аэрофизических проблем с использованием высокоэнтальпийных газовых потоков // Космонавтика и ракетостроение. 1994. № 2. С. 22–32.
    26. Власов В.И., Залогин Г.Н., Землянский Б.А., Кнотько В.Б. Методика и результаты экспериментального определения каталитической активности материалов при высоких температурах // Механика жидкости и газа. 2003. № 5. С. 178–189.
    27. Симоненко Е.П., Гордеев А.Н., Симоненко Н.П. и др. Исследование поведения керамических материалов HfB2–SiC (10, 15 и 20 об. %) в потоках высокоэнтальпийного воздуха // Журнал неорганической химии. 2016. Т. 61. № 10. С. 1259–1275.
    28. Евдокимов С.А., Ермакова Г.В., Гордеев А.Н., Колесников А.Ф. Исследование воздействия высокоэнтальпийного воздушного потока на эффективность защитного действия антиокислительного покрытия для углеродсодержащих композиционных материалов // Теплофизика высоких температур. 2022. Т. 60. № 3. С. 428–433.
    29. Grisch F., Bouchardy P., Joly V. et al. Coherent anti-Stokes Raman scattering measurements and computational modeling of nonequilibrium flow // AIAA Journal. 2000. Vol. 38. No. 9. P. 1669–1675.
    30. Gülhan A., Esser B., Koch U. et al. Characterization of high-enthalpy-flow environment for ablation material tests using advanced diagnostics // AIAA Journal. 2018. Vol. 56. No. 3. P. 1072–1084.
    31. Смирнов В.В., Фабелинский В.И. Измерение температуры и спектроскопия возбужденных разрядом колебательно-вращательных состояний азота методом КАРС // Письма в ЖЭТФ. 1978. Т. 28. № 7. С. 461–465.
    32. Fries D., Stark S.T., Murray J.S. et al. Nitrogen thermometry in an inductively coupled plasma torch using broadband nanosecond coherent anti-Stokes Raman scattering // Applied Optics. 2023. Vol. 62. No. 29. P. 7560–7570.
    33. Fries D., Stark S.T., Murray J.S. et al. Nanosecond CARS measurements of temperature and relative CO concentration in the boundary layer of a graphite ablator in an inductively coupled plasma torch // AIAA SCITECH 2024 Forum (January 8–12, 2024). Orlando, FL, 2024. P. 1–10. DOI: 10.2514/6.2024-0446.
    34. Волков С.Ю., Смирнов В.В., Язан В.П. Распределение температуры над поверхностью осаждения покрытия из углеводородсодержащих газовых смесей // Письма в журнал технической физики. 1990. Т. 16. Вып. 18. С. 54–57.
    35. Volkov S.Y., Kozlov D.N., Smirnov V.V., Marowsky G. Temperature distribution above a heated surface in a CVD reactor with hydrocarbon-containing gaseous mixtures // Applied Physics B: Lasers&Optics. 2000. Vol. 70. P. 123–126.
    36. Clauss W., Fabelinsky V.I., Kozlov D.N. et al. Dual-broadband CARS temperature measurements in hydrogen-oxygen atmospheric pressure flames // Applied Physics B: Lasers&Optics. 2000. Vol. 70. P. 127–131.
    37. Верещагин К.А., Козлов Д.Н., Смирнов В.В. и др. Измерения пространственного распределения и флуктуаций температур в водородно-кислородном пламени при высоких давлениях методом спектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света // Теплофизика высоких температур. 2017. Т. 55. № 1. С. 1–11.
    38. Vereschagin K.A., Ivanov V.I., Sabelnikov V.A. et al. Temperature measurements by CARS in hydrogen-fuelled scramjet combustor // Aerospace Science and Technology. 2001. Vol. 5. P. 347–355.
    39. Smirnov V.V., Kostritsa S.A., Kobtsev V.D. et al. Experimental study of combustion of composite fuel comprising n-decane and aluminum nanoparticles // Combustion and Flame. 2015. Vol. 162. Is. 10. P. 3554–3561.
    40. Бармина Е.В., Кобцев В.Д., Кострица С.А. и др. Лазерный синтез нанокомпозитного углеводородного топлива и КАРС диагностика пламени его горения // Квантовая электроника. 2022. Т. 52. № 1. С. 100–104.
    41. Бармина Е.В., Жильникова М.И., Айыыжы К.О. и др. Экспериментальное исследование диффузионного горения суспензии наночастиц бора в изопропаноле // Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. 2022. Т. 502. С. 10–14.
    42. Айыыжы К.О., Бармина Е.В., Кобцев В.Д. и др. Исследование диффузионного горения суспензии наночастиц бора в изопропаноле в спутном потоке кислорода методами оптической спектроскопии // Физика горения и взрыва. 2023. Т. 59. № 2. С. 49–62.
    43. Chelebyan O.G., Vasiliev A.Yu., Sviridenkov A.A. et al. Laser diagnostics of atomization and combustion of kerosene in a model combustion chamber // Laser Physics. 2020. Vol. 30. Art. 115602. DOI: 10.1088/1555-6611/abbe0f.
    44. Верещагин К.А., Кобцев В.Д., Кострица С.А. и др. Термометрия пространственно-неоднородного метано-воздушного пламени с использованием двухцветной планарной лазерно-индуцированной флуоресценции и спектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света // Квантовая электроника. 2024. Т. 54. № 3. С. 188–195.
    45. Fabelinsky V.I., Smirnov V.V., Stel’makh O.M. et al. CARS temperature measurement in a LOX/CH4 spray flame // Journal of Raman Spectroscopy. 2010. Vol. 41. P. 890–896.