Физика металлов и металловедение

АНТИКОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА ТЕКСТУРОВАННЫХ ЛЕНТ-ПОДЛОЖЕК ИЗ ТРОЙНЫХ СПЛАВОВ НА МЕДНО-НИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ

ХЛЕБНИКОВА Ю.В., СУАРИДЗЕ Т.Р., РОДИОНОВ Д.П., ЕГОРОВА Л.Ю., ГЕРВАСЬЕВА И.В., ГУЛЯЕВА Р.И.

Исследована склонность к окислению ряда тройных сплавов на медно-никелевой основе с добавками 3d-переходных металлов, таких как Cr, V, Fe. Стойкость к окислению оценена с использованием метода термогравиметрии. Установлено, что упрочненные текстурованные ленты из сплавов Cu–40% Ni–1.2% Cr и Cu–40% Ni–1.4% Fe обладают существенно лучшими антикоррозионными свойствами при температуре 700°С, чем ленты из чистой меди и других исследованных сплавов, и могут быть использованы в качестве подложек для эпитаксиального нанесения буферных и сверхпроводящих слоев при повышенных температурах.

ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ РАСПЛАВА ПРИ ЛИТЬЕ НА МИКРОСТРУКТУРУ И КОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА AL–ZN–MG–CU СПЛАВА

Влияние ультразвуковых колебаний расплава (УКР) при литье на микроструктуру, прочность, склонность к отслаивающей коррозии, коррозии в присутствие напряжений и на электрохимическое поведение алюминиевого сплава Al–Zn–Mg–Cu исследовано методами оптической металлографии, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, с одновременным проведением испытаний на растяжение, отслаивающую коррозию, измерением электропроводности и построением поляризационной кривой. Результаты проведенной работы свидетельствуют, что УКР при литье может привести к измельчению зерна, облегчению концентрационного расслоения и препятствовать формированию грубой неравновесной фазы в литом состоянии сплава. Кроме того, растворение неравновесной фазы в объеме слитка, полученного методом УКР литья, в процессе гомогенизации протекает значительно эффективнее в сравнении с другими методами литья. Отмечается также, что для пластин, полученных прокаткой из слитка, изготовленного методом УКР литья, характерна меньшая доля рекристаллизованного объема после обработки на твердый раствор. При этом коррозионная стойкость сплава улучшается в процессе его стандартной Т6 обработки, причем без ущерба для прочности – благодаря распределению дисперсной упрочняющей фазы в объеме матрицы и, отчасти, локализации ее выделений по границам зерен.

ВЛИЯНИЕ ФРИКЦИОННОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ И ОКСИДИРОВАНИЯ НА СТРУКТУРУ И МИКРОТВЕРДОСТЬ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ АЛЮМИНИЯ И СИЛУМИНА

КОРШУНОВ Л.Г., ЧЕРНЕНКО Н.Л., БРОДОВА И.Г., ШИРИНКИНА И.Г.

Металлографическим, электронно-микроскопическим и рентгеновским методами анализа исследованы структурные превращения, происходящие в поверхностном слое толщиной до 10 мкм алюминия и сплава Al–17% Si при деформировании в условиях трения скольжения и последующем оксидировании при 100 и 200°С в течение 1 ч. Деформацию осуществляли на воздухе при комнатной температуре и в среде жидкого азота (при –196°С) посредством возвратно-поступательного скольжения цилиндрического индентора из кубического нитрида бора со скоростью 0.014 м/с и нагрузкой 98 Н. Показано, что деформирование в рассматриваемых условиях формирует в поверхностном слое алюминия и сплава Al–17% Si нанокристаллические структуры и повышает микротвердость алюминия и сплава Al–17% Si в 1.8–3.5 раза. Высокая контактная деформация, а также большое сродство кислорода к алюминию и кремнию инициируют возникновение в поверхностном слое сплава при трении аномально пересыщенных твердых растворов кислорода в алюминии и кремнии. Оксидирование при 100°С (1 ч) деформированного сплава Al–17% Si повышает его микротвердость в результате распада аномально пересыщенных твердых растворов кислорода в алюминии и кремнии и образования их окислов.

ДИНАМИКА РЕШЕТКИ МАГНИТНЫХ НАНОЧАСТИЦ ПРИ ДЕЙСТВИИ ИМПУЛЬСА МАГНИТНОГО ПОЛЯ

ШУТЫЙ А.М., СЕМЕНЦОВ Д.И.

Для плоских решеток магнитных нанодиполей, обладающих кубической кристаллографической анизотропией, исследуются процессы квазистатического и динамического перемагничивания. Для различных равновесных конфигураций решеток определяется отклик суммарного магнитного момента на импульс магнитного поля при различной длительности и поляризации. Наряду с плоскостными конфигурациями магнитных моментов рассмотрены конфигурации с одним и двумя диполями, ориентированными перпендикулярно плоскости решеток.

ДИФФУЗИОННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ФАЗ И ПЕРЕСЫЩЕННЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ В СИСТЕМЕ АЛЮМИНИЙ−МЕДЬ

ГОРЕСЛАВЕЦ Н.Н., РОДИН А.О.

Методами оптической и растровой электронной микроскопии, а также с помощью микрорентгеноспектрального анализа были проведены исследования процессов при взаимной диффузии в системе алюминий–медь в температурном интервале 320–440°С. Установлено, что в этой системе при низких температурах отжига промежуточные фазы, соответствующие равновесной фазовой диаграмме, не образуются. Кратковременный высокотемпературный отжиг приводит к формированию равновесных фаз. При этом последующий низкотемпературный отжиг приводит к выделению второй фазы из твердого раствора в виде частиц, а не слоев. Показано, что отсутствие равновесных фаз сопровождается формированием пересыщенного твердого раствора меди в алюминии.

ДОМЕННАЯ СТРУКТУРА И КРИВЫЕ НАМАГНИЧИВАНИЯ ПЛЕНОК С ПЕРПЕНДИКУЛЯРНОЙ АНИЗОТРОПИЕЙ

ДУБОВИК М.Н., ФИЛИППОВ Б.Н.

На основе двухмерного микромагнитного моделирования получена зависимость периода полосовой доменной структуры от толщины пленок Co(0001) и Ni(111), хорошо согласующаяся с экспериментальными данными. Проведено сопоставление расчетных и экспериментальных петель гистерезиса для 50 нм пленки Co и 200 нм пленки Ni.

ЗЕРНОГРАНИЧНАЯ ДИФФУЗИЯ КОБАЛЬТА В СУБМИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ МОЛИБДЕНЕ, ПОЛУЧЕННОМ КРУЧЕНИЕМ ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ

ПОПОВ В.В., СЕРГЕЕВ А.В.

Методом послойного радиометрического анализа исследована зернограничная диффузия Со в субмикрокристаллическом Мо, приготовленном интенсивной пластической деформацией методом кручения под высоким давлением. Установлено, что в процессе интенсивной пластической деформации формируются неравновесные границы зерен, которые являются путями сверхбыстрой диффузии. В процессе отжига неравновесные границы претерпевают возврат. Показано, что свойства границ, претерпевших возврат, близки к свойствам границ рекристаллизационного происхождения в крупнозернистом Мо. С повышением температуры отжига доля неравновесных границ уменьшается и, начиная с температуры 823 K, в структуре уже не остается неравновесных границ.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АЛЮМИНИЯ НА ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ГАММА-СПЛАВОВ СИСТЕМЫ TI–AL–NB–MO

ТЕРЛИКБАЕВА А.Ж., ШАЯХМЕТОВА Р.А., ОСИПОВ П.А.

С использованием программы Thermo-Calc и экспериментальных методов проведен количественный анализ влияния концентрации алюминия на фазовый состав гамма-сплавов типа TNM системы Ti–Al–Nb–Mo. Рассчитаны изотермические и политермические разрезы соответствующей фазовой диаграммы, определены критические температуры фазовых превращений в сплавах системы и химические составы образующихся в них фаз (β, α, α2, γ). Изучено влияние температуры отжига на микроструктуру и фазовый состав сплавов, содержащих 43 и 40% Al.

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ В СПЛАВАХ FE–СO МЕТОДАМИ ЯМР И ЯГР

СЕРИКОВ В.В., КЛЕЙНЕРМАН Н.М., ГОЛОВНЯ О.А.

Сплавы системы Fe–Co с содержанием Fe от 20 до 95 ат. % были исследованы с помощью методов ЯМР и Мессбауэровской спектроскопии. Сравнение результатов измерений сверхтонких полей на ядрах Со59 и Fe57 в одних и тех же образцах позволило определить, что магнитный момент на атоме Fe в разупорядоченных сплавах с концентрацией Fe 20–80 ат. % меняется от 2.8 до 2.4 µB, а также сделать вывод об особенностях формирования упорядоченного состояния. Полученные данные свидетельствуют о существовании в сплавах с содержанием Fe 70–80 ат. % областей ближнего порядка по типу DO3. В сплавах с концентрацией железа больше 80 ат. % происходит расслоение структуры на области чистого железа и области ближнего порядка состава Fe89Co11. Полученные результаты помогают снять разногласия в оценке магнитного момента на атоме Fe и объяснении аномального хода зависимости параметра решетки в сплавах с содержанием Со менее 20 ат. %, а также подтверждают корректность диаграммы состояний системы, в которой показаны области существования трех ОЦК фаз, а не одной, как это принято считать.

МИКРОСТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНО-МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПОРОШКОВ ВОЛЬФРАМА, МЕХАНОАКТИВИРОВАННЫХ В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ

САВЕНКО В.И., ТОПОРОВ Ю.П., ЧЕРНЫШЕВ В.В., МАЛКИН А.И.

Представлены результаты экспериментально-теоретического исследования влияния тонкопленочных покрытий на остаточные микродеформации, напряжения и локальные микроискажения атóмной структуры порошкового вольфрама, механоактивированного в центробежно-шаровой мельнице. Показано, что в поверхностно-оксидированных порошках возникают микроискажения кристаллической решетки различного системно-иерархического уровня, нарастающие по мере увеличения продолжительности активационного процесса. Показано, что это должно приводить к заметному увеличению реакционной способности механоактивированного порошкового вольфрама. В противоположность этому, адсорбционные пленки, пластифицирующие приповерхностный слой частиц, могут заметно понизить эффективность процесса механоактивации вольфрамового порошка.

ОСОБЕННОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ АУСТЕНИТА В НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ ПРИ НАГРЕВЕ В МЕЖКРИТИЧЕСКОМ ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР

ПАНОВ Д.О., СМИРНОВ А.И.

Изучены особенности образования аустенита при непрерывном нагреве низкоуглеродистой стали со скоростями 90–0.15°С/с в межкритическом интервале температур (МКИТ). Установлено, что в исходно высокоотпущенной, исходно закаленной и исходно холоднодеформированной исследованной стали α → γ-превращение в МКИТ состоит из трех стадий. Построены термокинетические диаграммы образования аустенита с обозначением положения критических точек АС1 и АС3, а также температурных интервалов развития каждой выявленной стадии α → γ-превращения. Проведен комплекс структурных исследований и предложена схема образования аустенита при непрерывном нагреве со скоростью 90°С/с в МКИТ для исходно высокоотпущенной, исходно закаленной и исходно холоднодеформированной низкоуглеродистой стали, где отражены стадии этого процесса.

СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ, ЖАРОСТОЙКОСТИ, МЕХАНИЧЕСКИХ И ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ В СИСТЕМАХ MO–B–(N), CR–B–(N) И TI–B–(N)

КИРЮХАНЦЕВ-КОРНЕЕВ Ф.В., НОВИКОВ А.В., САГАЛОВА Т.Б., ПЕТРЖИК М.И., ЛЕВАШОВ Е.А., ШТАНСКИЙ Д.В.

Покрытия Ме–B–(N) (Me=Mo, Cr, Ti) были получены методом магнетронного распыления мишеней MoB, CrB2, TiB и TiB2 в среде аргона и газовых смесях аргона с азотом. Исследование структуры и состава покрытий выполнено с использованием методов растровой электронной микроскопии, оптической эмиссионной спектроскопии тлеющего разряда и рентгенофазового анализа. Механические и трибологические свойства покрытий определены методами наноиндентирования, измерительного царапания и с помощью трибологических испытаний по схеме “шарик–диск”. Проведены эксперименты по оценке жаростойкости покрытий в диапазоне температур 600–1000°С. Отличительной особенностью покрытия TiB2 была высокая твердость 61 ГПа. Покрытия Cr–B–(N) имели максимальную жаростойкость (900°С (CrB2) и 1000°С (Cr–B–N)) и обладали высокой стойкостью к диффузии элементов из металлической подложки до температуры 1000°С. Покрытия Mo–B–N по механическим свойствам и жаростойкости значительно уступали покрытиям Ti–B–(N) и Cr–B–(N), а также имели склонность к окислению на воздухе после длительной выдержки при комнатной температуре. Все покрытия с добавкой азота обладали низким коэффициентом трения в диапазоне 0.3–0.5 и приведенным износом (0.8–1.2) × 10–6 мм3 Н–1 м–1.

СТРУКТУРА, МАГНИТНЫЕ И МАГНИТОТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА НЕСТЕХИОМЕТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ TBCO2NIX

ИНИШЕВ А.А., ГЕРАСИМОВ Е.Г., МУШНИКОВ Н.В., ТЕРЕНТЬЕВ П.Б., ГАВИКО В.С.

Исследованы структура, магнитные и магнитотепловые свойства новых нестехиометрических соединений TbCo2Nix (0 ≤ x ≤ 0.4). Показано, что сплавы с х ≤ 0.1 однофазны и кристаллизуются в структуре типа MgCu2, а в сплавах с х > 0.1 образуется дополнительная фаза со структурой типа PuNi3. Обнаружено, что концентрационные зависимости температуры Кюри и магнитного момента 3d-подрешетки имеют максимум при x = 0.025. На основе данных магнитных измерений и измерений теплоемкости проведена оценка величины магнитокалорического эффекта в соединениях TbCo2Nix.

СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И СОПРОТИВЛЕНИЕ КОРРОЗИОННОМУ РАСТРЕСКИВАНИЮ АЗОТСОДЕРЖАЩЕЙ АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ, УПРОЧНЕННОЙ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ

МУШНИКОВА С.Ю., КОСТИН С.К., САГАРАДЗЕ В.В., КАТАЕВА Н.В.

Приведены результаты сравнительных исследований структуры, механических свойств и сопротивляемости коррозионному растрескиванию (КР) в хлоридных растворах аустенитной азотсодержащей Cr–Mn–Ni стали (20Cr–6Ni–11Mn–1.5Mo–N–V–Nb), полученных с применением различных режимов высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО). Установлено неблагоприятное влияние зернограничных выделений нитридной фазы на ударную вязкость и сопротивление КР. Показано, что упрочнение азотсодержащей стали при ВТМО, обеспечивающее повышение предела текучести в 1.8 раза по сравнению с аустенитизированным состоянием, не снижает стойкости к КР.

СТРУКТУРА СПЛАВОВ СИСТЕМЫ НИКЕЛЬ–МЕДЬ В СТАДИИ НАСЫЩЕНИЯ ПОСЛЕ КРУЧЕНИЯ ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ

ПОПОВ В.В., СТОЛБОВСКИЙ А.В., ПОПОВА Е.Н.

Методами просвечивающей электронной микроскопии и измерения микротвердости изучены особенности структуры сплавов системы Ni–Cu после кручения под высоким давлением (КВД) на 5 оборотов (стадия насыщения) при комнатной температуре. Показано, что при переходе от меди к никелю, субмикрокристаллическая структура существенно измельчается, а микротвердость увеличивается более чем в полтора раза. Это связано с различиями в температуре плавления и энергии дефектов упаковки. Одновременное действие двух факторов приводит к нелинейной зависимости этих параметров (размеров кристаллитов и микротвердости) от состава сплава.

ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ДИФФУЗИИ МЕДИ В АМОРФНЫХ СЛОЯХ ВОЛЬФРАМ/НИТРИД ВОЛЬФРАМА РАЗЛИЧНОЙ ТОЛЩИНЫ

ХАНТЕХЗАДЕ МОХАММАД РЕЗА, ГХОРАННЕВИС МАХМУД

Аморфные пленки вольфрам/нитрид вольфрама W/WN различной толщины (10, 30 и 40 нм) с высокой термической стабильностью были успешно получены методами распыления и реактивного распыления на подложке SiO2/Si. Двухслойное покрытие W/WN имеет технологическое значение, так как обладает низким удельным сопротивлением, высокой температурой плавления и является хорошими диффузионным барьером между медью и кремнием. Термическая стабильность была оценена с помощью рентгеновского дифрактометра и сканирующего электронного микроскопа. В процессе отжига аморфная пленка W/WN кристаллизуется. Предполагается, что это приводит к началу диффузии атомов меди в Si через барьер W/WN. При появлении высоко резистивной фазы Cu3Si система W/WN теряет свою функцию диффузионного барьера. Основной механизм диффузии атомов Cu – диффузия по границам зерен, которые образуются при термообработке. Аморфная структура в пленке оптимальной толщины является ключевым фактором для достижения наилучших диффузионно-барьерных характеристик. Результаты показывают, что температура потери барьерных свойств повышается при увеличении толщины пленки W/WN от 10 до 30 нм, но не меняется при изменении толщины пленки W/WN от 30 до 40 нм. Установлено, что пленки W/WN толщиной 10 и 40 нм являются хорошими диффузионными барьерами, по крайней мере, до температуры 800°C; пленка W/WN толщиной 30 нм демонстрирует превосходные диффузионно-барьерные свойства, тем не менее, она теряет свою функцию диффузионного барьера при температуре 900°C (что на 100°C выше, чем для пленок W/WN толщиной 10 и 40 нм).

ЭВОЛЮЦИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТАЛИ В ПРОЦЕССЕ “ПРЕССОВАНИЕ–ВОЛОЧЕНИЕ”

ЛЕЖНЕВ С.Н., ВОЛОКИТИНА И.Е., ВОЛОКИТИН А.В.

На основе комплексного анализа существующих схем пластического структурообразования, а также с учетом перспективных направлений их развития, предложен непрерывный совмещенный процесс “прессование–волочение”. Данный способ деформирования за счет совмещения интенсивной пластической деформации в равноканальной ступенчатой матрице и процесса волочения через волоку позволяет получать проволоку с ультрамелкозернистой структурой, требуемых размеров и формы поперечного сечения при незначительном количестве циклов деформирования, а так же снимает ограничения по длине исходной заготовки, и, следовательно, позволяет получать готовые изделия длиной до нескольких десятков метров. Целью данной работы является исследование влияния нового совмещенного процесса пластической деформации “прессование–волочение” на структуру и механические свойства стали. Проведенные исследования показали, что предлагаемый способ деформирования обладает существенным преимуществом по сравнению с действующей технологией производства стальной проволоки.