Tilda Publishing
ЖУРНАЛ
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ISSN 1028-978X

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Tilda Publishing
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
2025, № 10
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Получение тонких пленок AlQ3 с детектируемой кристалличностью без постпроцессинга

А. И. Коптяев, Г. Л. Пахомов

Получены тонкие пленки трис-(8-гидроксихинолината) алюминия, AlQ3, термическим испарением при остаточном давлении ~ 10–4 Па на подложки с разной температурой. При разнице температур между источником и подложкой в 40 градусов, на ней образуется поликристаллическая пленка, без постростового отжига или обработки в парах растворителя. При температуре подложки 100 °С в пленке AlQ3 на сплошном подслое формируются дендритные объекты размером несколько микрометров. При меньших температурах осаждения (25 – –20 °C) пленки аморфны и имеют обычную мелкозернистую структуру. Кристаллизация отражается на электрофизических свойствах плёнок AlQ3. Развитие данной методики позволит получать функциональные структуры (многослойные, гибридные и пр.) с кристаллическим слоем AlQ3 в стандартном вакуумном техпроцессе.

Ключевые слова: AlQ3, термовакуумное осаждение, тонкие плёнки, структура, проводимость.

DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-5-12
Коптяев Андрей Игоревич — Институт физики микроструктур РАН (603950, Нижний Новгород, Академическая ул., 7), кандидат химических наук, научный сотрудник, специалист в области вакуумного нанесения и атомно-силовой микроскопии. E-mail: kopt@ipmras.ru.
Пахомов Георгий Львович — Институт физики микроструктур РАН (603950, Нижний Новгород, Академическая ул., 7), кандидат химических наук, старший научный сотрудник, специалист в области технологии тонких пленок и молекулярной электроники, E-mail: pakhomov@ipmras.ru.
Ссылка на статью:
Коптяев А.И., Пахомов Г.Л. Получение тонких пленок AlQ3 с детектируемой кристалличностью
без постпроцессинга. Перспективные материалы, 2025, № 10, с. 5 – 12. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-5-12
Литература содержит 18 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
Коптяев А.И., Пахомов Г.Л. Получение тонких пленок AlQ3 с детектируемой кристалличностью
без постпроцессинга. Перспективные материалы, 2025, № 10, с. 5 – 12. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-5-12
  1. Tang C.W., VanSlyke S.A. Organic electroluminescent diodes. Applied Physics Letters, 1987, v. 51, no. 12, pp. 913 – 915. doi: 10.1063/1.98799.
  2. Cölle M., Brütting W. Thermal, structural and photophysical properties of the organic semiconductor Alq3. Physica Status Solidi (A), 2004, v. 201, no. 6, pp. 1095 – 1115. doi: 10.1002/pssa.200404341.
  3. Fukushima T., Kaji H. Green- and blue-emitting tris(8-hydroxyquinoline) aluminum(III) (Alq3) crystalline polymorphs: Preparation and application to organic light-emitting diodes. Organic Electronics, 2012, v. 13, no. 12, pp. 2985 – 2990. doi: 10.1016/j.orgel.2012.08.036.
  4. Brinkmann M., Gadret G., Muccini M. et al. Correlation between molecular packing and optical properties in different crystalline polymorphs and amorphous thin films of mer-Tris(8-hydroxyquinoline)aluminum(III). Journal of American Chemical Society, 2000, v. 122, no. 21, pp. 5147 – 5157, doi: 10.1021/ja993608k.
  5. El-Nahass M.M., Farid A.M., Atta A.A. Structural and optical properties of Tris(8-hydroxyquinoline) aluminum (III) (Alq3) thermal evaporated thin films. Journal of Alloys and Compounds, 2010, v. 507, no. 1, pp. 112 – 119. doi: 10.1016/j.jallcom.2010.07.110.
  6. Popielarski P., Mosinska L., Zorenko T., Zorenko Y. Luminescence of tris (8-hydroxyquinoline) aluminium thin films under synchrotron radiation excitation. Journal of Luminescence, 2023, v. 261, art. 11993. doi: 10.1016/j.jlumin.2023.119930.
  7. Martin R.L., Kress J.D., Campbell I.H., Smith D.L. Molecular and solid-state properties of tris-(8-hydroxyquinolate)-aluminum. Physical Review B, 2000, v. 61, no. 23, pp. 15804 – 15811. doi: 10.1103/PhysRevB.61.15804.
  8. Chen W., Peng Q., Li Y. Alq3 nanorods: Promising building blocks for optical devices. Advanced Materials, 2008, v. 20, no. 14, pp. 2747 – 2750. doi: 10.1002/adma.200702809.
  9. Thurzo I., Méndez H., Iacoviţa C., Zahn D.R.T. Inhomogeneous transport property of Alq3 thin films: Local order or phase separation? Synthetic Metals, 2006, v. 156, no. 16 – 17, pp. 1108 – 1117. doi: 10.1016/j.synthmet.2006.07.002.
  10. Bagchi K., Jackson N.E., Gujral A., Huang C. et al. Origin of anisotropic molecular packing in vapor-deposited Alq3 glasses. Journal of Physical Chemistry Letters, 2019, v.10, no. 2, pp. 164 – 170. doi: 10.1021/acs.jpclett.8b03582.
  11. Zerrouki K., Bouchene R., Retailleau P. Low-temperature solvent-free synthesis route of blue and green luminescent phases of tris(8-hydroxyquinoline)aluminum (AlQ3). Polyhedron, 2024, v. 261, art. 117160. doi: 10.1016/j.poly.2024.117160.
  12. Sakai M., Iizuka M., Nakamura M., Kudo K. Visible effects of static electric field on physical vapor growth of lead phthalocyanine crystals. Journal of Applied Physics, 2011, v. 109, no. 5, art. 054309. doi: 10.1063/1.3553859.
  13. Jan D.-J., Wang S.-S., Tang S.-J. et al. Growth and characterization of tris(8-hydroxyquinoline)-aluminum molecular films. Thin Solid Films, 2011, v. 520, no. 3, pp. 1005 – 1009. doi: 10.1016/j.tsf.2011.08.005.
  14. Pakhomov G.L., Travkin V.V., Tropanova A.N. et al. Prototypes of photovoltaic cells based on subphthalocyanine with a lower buffer layer. Semiconductors, 2012, v. 46, no. 11, pp. 1381 – 1386. doi: 10.1134/S1063782612110152.
  15. Белов Д.В., Беляев С.Н., Юнин П.А., Радищев Д.Б. Способ получения и физико-химические свойства трис(8-гидроксихинолината) алюминия. Journal of Advanced Materials and Technologies, 2023, т. 8, № 4, с. 279 – 293. doi: 10.17277/jamt.2023.04.pp. 279 – 293. / Belov D.V., Belyaev S.N., Yunin P.A., Radishev D.B. A method of obtaining aluminum tris(8-hydroxyquinoline) and its physicochemical properties. Journal of Advanced Materials and Technologies, 2023, v. 8, no. 4, pp. 279 – 293. doi: 10.17277/jamt.2023.04.pp. 279 – 293.
  16. Lee T., Lin M.S. Sublimation Point Depression of Tris(8-hydroxyquinoline)aluminum(III) (Alq3) by crystal engineering. Crystal Growth & Design, 2007, v. 7, no. 9, pp. 1803 – 1810. doi: 10.1021/cg070226e.
  17. Baldacchini G., Chiacchiaretta P., Pode R.B., Vincenti  M.A., Wang Q.-M. Phase transitions in thermally annealed films of Alq3. Low Temperature Physics, 2012, v. 38, no. 8, art. 786. doi: 10.1063/1.4740245.
  18. Nau S., Sax S., List‐Kratochvil E.J.W. Unravelling the nature of unipolar resistance switching in organic devices by utilizing the photovoltaic effect. Advanced Materials, 2014, v. 26, no. 16, pp. 2508 – 2513. doi: 10.1002/adma.201305369.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Магнитореологическое полирование поверхности кристаллов калия дигидроортофосфата

Д. В. Белов, С. Н. Беляев, Н. А. Сороколетова, Е. И. Серебров

Проведено изучение магнитореологической чистовой обработки (магнитореологического полирования) поверхности водорастворимых кристаллов дигидроортофосфата калия (KDP). В состав магнитореологической суспензии введен наноабразив на основе аморфного диоксида кремния, полученный модифицированным золь-гель синтезом. Исследование шероховатости поверхности оптических элементов после магнитореологического полирования проводили методом профилометрии. Достоинствами разработанного способа магнитореологического полирования поверхности монокристаллов KDP является возможность обработки большеапертурных образцов, а также достижение высокого качества обработки поверхности. Финишное полирование поверхности монокристаллов KDP с наноабразивом SiO2 обеспечило значение шероховатости не более 0,6 нм.

Ключевые слова: магнитореологическая чистовая обработка, магнитореологическое полирование, магнитореологическая суспензия, smart-материал, поверхность, шероховатость, наноабразив, монокристалл, калия дигидроортофосфат, KDP, нелинейные оптические элементы, SiO2, органозоль, золь-гель метод.

DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-13-26
Белов Денис Владимирович — Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук” (603950 Нижний Новгород, Ульянова, 46), кандидат химических наук, доцент, старший научный сотрудник, специалист в области физической химии поверхности и поверхностных явлений. E-mail: bdv@ipfran.ru.
Беляев Сергей Николаевич — Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук” (603950 Нижний Новгород, Ульянова, 46), кандидат химических наук, научный сотрудник, специалист в области физической химии и золь-гель технологии. E-mail: sergey.belyaev@ipfran.ru.
Сороколетова Наталья Александровна — Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук” (603950 Нижний Новгород, Ульянова, 46), лаборант-исследователь, специалист в области физической химии. E-mail: n.sorokoletova@ipfran.ru.
Серебров Евгений Ильич — Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук” (603950 Нижний Новгород, Ульянова, 46), старший лаборант-исследователь специалист в области физической химии. E-mail: evgeny.serebrov@gmail.com.
Ссылка на статью:
Белов Д.В., Беляев С.Н., Сороколетова Н.А., Серебров Е.И. Магнитореологическое полирование поверхности кристаллов калия дигидроортофосфата. Перспективные материалы, 2025, № 10, с. 13 – 26. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-13-26
Литература содержит 45 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Белов Д.В., Беляев С.Н., Сороколетова Н.А., Серебров Е.И. Магнитореологическое полирование поверхности кристаллов калия дигидроортофосфата. Перспективные материалы, 2025, № 10, с. 13 – 26. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-13-26
  1. Zhang L., Wang S., Li T., Zhu L., Ye Z. Properties of nonlinear optical absorption and refraction of rapidly grown KDP crystals. Ceramics International, 2024, no. 7, рp. 11756 – 11765. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.01.080
  2. Zhang S., Zong W. Micro defects on diamond tool cutting edge affecting the ductile-mode machining of KDP crystal. Micromachines, 2020, no. 12, art. 1102. https://doi.org/10.3390/mi11121102
  3. Schwarz S., Rung S., Esen C., Hellmannet R. Manufacturing of optical elements by non-contact laser processing. Seventh European seminar on precision optics manufacturing. European seminar on precision optics manufacturing, Bellingham: Prod. SPIE., 2020, art. 1147803. https://doi.org/10.1117/12.2564713
  4. Xia Z., Fang F., Ahearne E., Tao M. Advances in polishing of optical freeform surfaces: A review. J. Mater. Process. Technol., 2020, art. 116828. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2020.116828
  5. Lei H., Liu T., Xu L. Synthesis of Sm-doped colloidal SiO2 composite abrasives and their chemical mechanical polishing performances on sapphire substrates. Mater. Chem. Phys., 2019, art. 121819. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.121819
  6. Zhao G., Xu Y., Wang Q., et al. Polishing performance and removal mechanism of core-shell structured diamond/SiO2 abrasives on sapphire wafer. Micromachines, 2022, no. 12, art. 2160. https://doi.org/10.3390/mi13122160
  7. Белов Д.В., Беляев С.Н., Мальшакова О.А. и др. Получение наноабразива для магниоторео­логи­ческого полирования кристаллов KDP. Коллоидный журнал, 2024, № 4, с. 407 – 421. https://doi.org/10.31857/S0023291224040016 / Belov D.V., Belyaev S.N., Malshakova O.A. et al. Poluchenie nanoabraziva dlya magnitorheologicheskogo polirovaniya kristallov KDP [Preparation of nanoabrasive for magnetorheological polishing of KDP crystals]. Kolloidnyj zhurnal [Colloid Journal], 2024, no. 4, рp. 407 – 421. https://doi.org/10.31857/S0023291224040016 (In Russ.).
  8. da Silva A.S., dos Santos J.H.Z. Stöber method and its nuances over the years. Adv. Colloid and Interface Sci., 2023, art. 102888. https://doi.org/10.1016/j.cis.2023.102888
  9. Хлебцов Б.Н., Буров А.М. Синтез монодисперсных силикатных частиц методом контролируемого доращивания. Коллоидый журнал, 2023, № 3, с. 376 – 389. https://doi.org/10.31857/S0023291223600293 / Khlebtsov B.N., Burov A.M. Sintez monodispersnyh silikatnyh chastits metodom kontroliruemogo doraschivaniya [Synthesis of monodisperse silicate particles by the method controlled growing]. Kolloidnyj zhurnal [Colloid Journal], 2023, no. 3, pp. 376 – 389. https://doi.org/10.31857/S0023291223600293 (In Russ.).
  10. Зарипов А.К. Упругие свойства магнитных жид­костей. Коллоидый журнал, 2021, № 6, с. 634 – 643. https://doi.org/10.31857/S0023291221060185 / Zaripov A.K. Uprugie svoistva magnitnyh zhidkostei [Elastic properties of magnetic fluids]. Kolloidnyj zhurnal [Colloid Journal], 2021, no. 6, рp. 634 – 643. https://doi.org/10.31857/S0023291221060185 (In Russ.).
  11. Li G., Chen R. Recent patents for optical component polishing technology. Recent Pat. Eng., 2024, v. 18, no. 7, рp. 90 – 102. https://doi.org/10.2174/1872212118666230901140549
  12. Bai Y., Zhang Z., Li L., et al. High precision polishing of aluminum alloy mirrors through a combination of magnetorheological finishing and chemical mechanical polishing. Opt. Express, 2024, v. 32, no. 9, pp. 15813 – 15826. https://doi.org/10.1364/OE.519369
  13. Zhiqiang X., Jun W., Qiuliang W., et al. Investigation of the polishing mechanism of magnetorheological elastic polishing composites. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2022, v. 118, рp. 377 – 389. https://doi.org/10.1007/s00170-021-07909-3
  14. Chandra S.M., Chiranjit S. Effect of Fe3О4 nanoparticles on magnetorheological properties of flake shaped carbonyl iron water-based suspension. IEEE Trans. Magn., 2020, v. 56, no. 12, рp. 1 – 9. https://doi.org/10.1109/TMAG.2020.3031239
  15. Song W., Yang Z., Meng D., et al. Magnetorheological polishing based on honing vertical mechanism for inner surface of titanium alloy pipes. Lubricants, 2024, v. 12, no. 3, art. 86. https://doi.org/10.3390/lubricants12030086
  16. Zhongyu B., Bingsan C., She N., et al. Evolution of material removal in the magnetorheological polishing of Ti6Al4V by laser power bed fusion. Mech. Industry, 2022, v. 23, art. 12. https://doi.org/10.1051/meca/2022010
  17. DeGroote J.E., Romanofsky H.J., Kozhinova I.A., et al. Polishing PMMA and other optical polymers with magnetorheological finishing. SPIE Opt. Sci. Tech., 2003, pp. 123 – 134. https://doi.org/10.1117/12.506860
  18. Salzman S., Romanofsky H.J., Giannechini L.J., et al. Magnetorheological finishing of chemical-vapor deposited zinc sulfide via chemically and mechanically modified fluids. Appl. Opt., 2016, no. 6, art. 1481. https://doi.org/10.1364/AO.55.001481
  19. Yunfei Z., Wen H., Yongcheng Z., et al. Research on the magnetorheological finishing of large aperture off-axis aspheric optical surfaces for zinc sulfide. Selected Papers of the Chinese Society for Optical Engineering Conferences held October and November 2016. Bellingham: Proc. SPIE, 2017, v. 10255, 102550R. https://doi.org/10.1117/12.2267813
  20. Zhang Y., Fang F., Huang W., et al. Polishing technique for potassium dihydrogen phosphate crystal based on magnetorheological finishing. Procedia CIRP, 2018, v. 71, no. 2, pp. 21 – 26. https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.05.012
  21. Jacobs S.D. Manipulating mechanics and chemistry in precision optics finishing. Sci. Technol. Adv. Mater., 2007, no. 3, рp. 153 – 157. https://doi.org/10.1016/j.stam.2006.12.002
  22. Zhao F., Zhang Z., Yang J., et. al. Advanced nonlinear rheology magnetorheological finishing: A review. CJA, 2024, no. 4, рp. 54 – 92. https://doi.org/10.1016/j.cja.2023.06.006
  23. Wang R., Xiu S., Sun C., et al. Study on material removal model by reciprocating magnetorheological polishing. Micromachines, 2021, v. 12, no. 4, pр. 413 – 429. https://doi.org/10.3390/mi12040413
  24. Chen S., Li S., Hu H., et al. Analysis of surface quality and processing optimization of magnetorheological polishing of KDP crystal. J. Opt., 2015, no. 4, рp. 384 – 390. https://doi.org/10.1007/s12596-015-0272-7
  25. Gupta M.K., Dinakar D., Chhabra I.M., et al. Experimental investigation and machine parameter optimization for nano finishing of fused silica using magnetorheological finishing process. Optik, 2021, v. 226, no. 2, art. 165908. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2020.165908
  26. Yu X.L., Yang W., Chen C.X., et al. Magnetic composite fluid optimization for KDP crystal polishing based on a D-optimal mixture design. Appl. Optics, 2023, no. 4, рp. 1019 – 1026. https://doi.org/10.1364/AO.481344
  27. Kieburg C., Pfister J., Gabriel C., et al. Mag­netorheological formulation. Pat. USA no.  8486292. Declared 09.18.2007. Publ. 06.16.2013.
  28. Белов Д.В., Беляев С.Н. Состав магнитореоло­гической суспензии для финишной обработки оптических элементов на основе водорастворимых кристаллов. Пат. РФ № 2808226. Заявлен 04.09.2023. Опубликован 28.11.2023. / Belov D.V., Belyaev S.N. Sostav magnitorheologicheskoi suspenzii dlya finishnoi obrabotki opticheskih elementov na osnove vodorastvorimyh kristallov [Composition of a magnetorheological suspension for finishing optical elements based on water-soluble crystals]. Pat. RF no. 2808226. Declared 04.09.2023. Publ. 28.11.2023. (In Russ.).
  29. Tong Y., Zhao P., Li X., et al. Properties and mechanism of ionic liquid/silicone oil based magnetorheological fluids. Int. J. Smart Nano Mater., 2022, no. 2, рр. 263 – 272. https://doi.org/10.1080/19475411.2022. 2069876
  30. Salam S.M., Rashid M.M. Magnetorheological fluid preparation using various carriers and study of their properties with decent durability. JAEC, 2024, no. 2, pp. 86 – 96. http://doi.org/10.55579/jaec.202482.452
  31. Bossis G., Lacis S., Meunier A., et al. Magnetorheological fluids. J. Magn. Magn. Mater., 2002, v. 252, рp. 224 – 228. https://doi.org/10.1016/S0304-8853(02)00680-7
  32. Kumar M., Bhavani T., Rawal S., et al. Magne­torheological finishing of chemically treated electroless nickel plating. Magnetochemistry, 2022, v. 8, no. 12, art. 184. https://doi.org/10.3390/magneto-chemistry8120184
  33. Chen C., Dai Y., Hu H., et al. Study on the influence of a magnetorheological finishing path on the mid-frequency errors of optical element surfaces. Opt. Express, 2024, v. 32, no. 11, рр. 19133 – 19145. https://doi.org/10.1364/OE.523072
  34. Munoz B.C. Magnetorheological fluid. Pat. USA no. 5683615. Declared 13.06.1996. Publ. 04.11.1997.
  35. Kintz A.K., Forehand T.L. MR fluid for increasing the output of a magnetorheological fluid device. Pat. USA no. US 7.087.184 B2. Declared 06.05.2004. Publ. 08.08.2006.
  36. Iyengar V.R., Foister R.T., Johnson J.C. MR-fluids containing magnetic stainless steel. Pat. USA no. 0130305. Declared 13.03.2001. Publ.19.09.2002.
  37. Iyengar V.R., Foister R.T. Magnetorheological compositions for use in magnetorheological fluids and method of preparing same. Pat. USA no. US 6.811.717 B2. Declared 13.03.2003. Publ. 02.11.2004.
  38. Ming Ming L., Ya Kun Y., Jie Qiong L., et al. Research progress of magnetorheological polishing technology: a review. Adv. Manuf., 2024, v. 12, pp. 642 – 678. https://doi.org/10.1007/s40436-024-00490-4
  39. Wang D., Shinmura T., Yamaguchi H. Study of magnetic field assisted mechanochemical polishing process for inner surface of Si3N4 ceramic components. Int. J. Mach. Tools Manuf., 2004, v. 44, no. 14, pр. 1547 – 1553. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2004.04.024
  40. Geng Z., Huang N., Castelli M., et al. Polishing approaches at atomic and close-to-atomic scale. Micromachines, 2023, no. 2, рp. 343 – 388. https://doi.org/10.3390/mi14020343
  41. Shorey A.B., Jacobs S.D., Kordonski W.I., et al. Experiments and observations regarding the mechanisms of glass removal in magnetorheological finishing. Appl. Opt., 2001, no. 1, рp. 20 – 33. https://doi.org/10.1364/ao.40.000020
  42. Amir M., Mishra V., Sharma R., et al. Polishing performance of a magnetic nanoparticle-based nanoabrasive for superfinish optical surfaces. Appl. Opt., 2022, v. 61, no. 17, рp. 5179 – 5188. https://doi.org/10.1364/AO.456819
  43. Беспалов В.И., Бредихин В.И., Ершов В.П., и др. Скоростное выращивание водорастворимых кристаллов и проблемы создания большеапертурных преобразователей частоты света. Известия АН СССР, 1987, т. 51, № 8, с. 1354 – 1360. / Bespalov V.I., Bredikhin V.I., Ershov V.P., et. al. Skorostnoe vyraschivanie vodorastvorimyh kristallov i problemy sozdaniya bolsheapperturnyh preobrazovateley chastoty sveta [High-speed growth of water-soluble crystals and problems of creating higher-aperture light frequency converters]. Izvestiya AN SSSR [Proceedings of the USSR Academy of Sciences], 1987, v. 57, no. 8, pp. 1354 – 1360. (In Russ.).
  44. Андреев Н.Ф., Бабин А.А., Бредихин В.И., Ершов В.П. Производство крупногабаритной оптики из водорастворимых кристаллов. Фотоника, 2007, № 5, с. 34 – 37. / Andreev N.F., Babin A.A., Bredikhin V.I., Ershov  V.P. Proizvodstvo krupnogabaritnoy optiki iz vodorastvorimyh kristallov [Production of large-sized optics from water-soluble crystals]. Fotonika [Photonics], 2007, no. 5, pp. 34 – 37. (In Russ.).
  45. Zhu D., Li Y., Zhang Q. et al. Laser induced damage due to scratches in the surface of nonlinear optical crystals KH2PO4 (KDP). J. Eur. Opt. Soc.-Rapid Publ., 2017, v. 13, art. 33. https://doi.org/10.1186/s41476-017-0062-8.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Упругие постоянные моделей гиперупругих материалов

С. А. Муслов, А. И. Лотков

Проведено сравнение численных значений упругих постоянных гиперупругих моделей гиперупругих мягких биологических тканей органов человека и животных. Рассмотрены модели гиперупругих материалов наиболее часто встречающиеся в литературе: неогуковская, Муни – Ривлина, Огдена, полиномиальная, Йео и Веронда – Вестманн. Установлен весьма сильный разброс численных значений упругих постоянных исследованных тканей органов. Наименьший коэффициент вариации CV численных значений параметров моделей гиперупругих материалов продемонстрировала модель Огдена (2,06 для постоянной μ и 0,77 для α), наибольшие — модель Йео (15,47 у постоянной C3) и полиномиальная модель (8,63 у постоянной C02 и 7,6 у постоянной C11, соответственно). На основании упругих постоянных моделей и их комбинаций рассчитаны модули сдвига тканей в недеформированном состоянии.

Ключевые слова: модели гиперупругих материалов, упругие постоянные, модуль сдвига, биологические ткани.

DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-27-33
Муслов Сергей Александрович — ФГБОУ ВО Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова (МГМСУ, 127473, Россия, Москва, ул. Делегатская, 20/1), доктор биологических наук, кандидат физико-математических наук, профессор, специалист в области физики конденсированного состояния. Е-mail: muslov@mail.ru.
Лотков Александр Иванович — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН, 634055, Томск, просп. Академический, 2/4), профессор, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, специалист в области физики конденсированного состояния. Е-mail: lotkov@ispms.ru.
Ссылка на статью:
Муслов С.А., Лотков А.И. Упругие постоянные моделей гиперупругих материалов. Перспективные материалы, 2025, № 10, с. 27 – 33. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-27-33
Литература содержит 5 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Муслов С.А., Лотков А.И. Упругие постоянные моделей гиперупругих материалов. Перспективные материалы, 2025, № 10, с. 27 – 33. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-27-33
  1. Shape Memory Alloys. Ed. by K. Otsuka and C.M. Wayman. Cambridge University Press, 1999, 284 p.
  2. Муслов С.А., Перцов С.С., Арутюнов С.Д. Физико-механические свойства биологических тканей. Под ред. академика РАН О.О. Янушевича. Москва, Практическая медицина, 2023, 456 с. https://doi.org/10.17513/np.594. / Muslov S.A., Pertsov S.S., Arutyunov S.D. Fiziko-mekhanicheskie svojstva biologicheskih tkanej [Physical and mechanical properties of biological tissues]. Ed. by akad. O.O. Yanushevich. Moscow, Prakticheskaja Meditcina Publ., 2023, 456 p. (In Russ.).
  3. Шмурак М.И., Кучумов А.Г., Воронова Н.О. Анализ гиперупругих моделей для описания поведения мягких тканей организма человека. Master`s Journal, 2017, № 1, с. 230 – 243. / Shmurak M.I., Kuchumov A.G., Voronova N.O. Analiz giperuprugikh modelej dlya opisaniya povedeniya myagkikh tkanej organizma cheloveka [Analysis of hyperelastic models for describing the behavior of soft tissues of the human body]. Master`s Journal, 2017, no. 1, pp. 230 – 243. (In Russ.).
  4. Ogden R.W. Large deformation isotropic elasticity — on the correlation of theory and experiment for incompressible rubberlike solids. Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences, 1972, v. 326, no. 1567, pp. 565 – 584. https://doi.org/10.5254/1.3542910.
  5. Муслов С.А., Арутюнов С.Д., Маев И.В. и др. Гиперупругие свойства биологических тканей: монография; под ред. С.С. Перцова, С.В. Панина. М.: Практическая медицина, 2025, 232 с. / Muslov S.A., Arutyunov S.D., Maev I.V. et al. Hyperelastic properties of biological tissues: monograph; edited by S.S. Pertsov, S.V. Panin. M.: Practical Medicine, 2025, 232 p. (in Russ.)
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Сорбция фенола высокопористыми углеродными материалами на основе растительных отходов переработки рапса

Д. А. Бадин, С. О. Рыбакова, А. Н. Тимиргалиев, О. А. Ананьева,
И. В. Буракова, А. Е. Бураков

Изучена жидкофазная адсорбция ароматического органического соединения — фенола, на биоуглях из растительных отходов переработки рапса. Сорбционные материалы изготовлены методом гидротермальной карбонизации шрота рапса (Р/ГТК) (регион произрастания Тамбовская обл.) с последующей карбонизацией (Р/ГТК/К) и щелочной активацией (Р/ГТК/К/КОН). Постобработка ГТК-угля позволяет раскрыть пористое пространство углеродного каркаса вследствие удаления аморфной органики и формирования дефектов в структуре материала. Физико-химические и морфологические свойства изучены методами сканирующей электронной микроскопии, ИК-Фурье-спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния (КР), рентгеновской дифрактометрии. В результате адсорбционных исследований установлено, что время поглощения фенола для материалов различное: для активированного материала — в течение 10 мин; для Р/ГТК и Р/ГТК/К — в течение 60 мин. При этом экспериментальная сорбционная емкость по фенолу для Р/ГТК составила 298 мг/г, для Р/ГТК/К — 1236 мг/г и для Р/ГТК/К/КОН — 1309 мг/г. Для определения предполагаемого механизма поглощения кинетические экспериментальные данные были обработаны в координатах моделей псевдо-первого и псевдо-второго порядка, Еловича и внутренней диффузии, а изотермические — Ленгмюра, Фрейндлиха, Темкина и Дубинина – Радушкевича. Кинетика на всех материалах описывается уравнением псевдо-второго порядка со вкладом диффузионного поглощения фенола. Модель Еловича подтверждает наличие химической гетерогенности поверхности сорбента Р/ГТК. Максимальная адсорбционная емкость по модели Ленгмюра для Р/ГТК составила 434,8 мг/г, для Р/ГТК/К — 1429 мг/г и Р/ГТК/К/КOH — 1667 мг/г. Параметры модели Дубинина – Радушкевича позволяют сделать вывод, что взаимодействие между активными центрами сорбента и фенолом носит физический характер.

Ключевые слова: биоугли, гидротермальная карбонизация, щелочная активация, рапс, адсорбция, фенол, кинетика, изотерма.

DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-34-46
Бадин Дмитрий Александрович — Тамбовский государственный технический университет (392000 Тамбов, ул. Ленинградская, 1), аспирант, специализируется в области получения биоуглей, активированных нанопористых материалов. E-mail: badin.dima97@gmail.com.
Рыбакова Софья Олеговна — Тамбовский государственный технический университет (392000 Тамбов, ул. Ленинградская, 1), студент, специализируется в области жидкофазной адсорбции. E-mail: sofyarybackova@yandex.ru.
Тимиргалиев Алексей Николаевич — Тамбовский государственный технический университет (392000 Тамбов, ул. Ленинградская, 1), аспирант, специализируется в области получения биоуглей, активированных нанопористых материалов. E-mail: timirgalievas31@mail.ru.
Ананьева Оксана Альбертовна — Тамбовский государственный технический университет (392000 Тамбов, ул. Ленинградская, 1), аспирант, специализируется в области жидкофазной адсорбции. E-mail: oksana.a9993471@gmail.com.
Буракова Ирина Владимировна — Тамбовский государственный технический университет (392000 Тамбов, ул. Ленинградская, 1), кандидат технических наук, доцент, специалист в области адсорбционных технологий и синтеза УНМ. E-mail: iris_tamb68@mail.ru.
Бураков Александр Евгеньевич — Тамбовский государственный технический университет (392000 Тамбов, ул. Ленинградская, 1), кандидат технических наук, доцент, специалист в области адсорбционных технологий и синтеза УНМ. E-mail: m-alex1983@yandex.ru.
Ссылка на статью:
Бадин Д.А., Рыбакова С.О., Тимиргалиев А.Н., Ананьева О.А., Буракова И.В., Бураков А.Е. Сорбция фенола высокопористыми углеродными материалами на основе растительных отходов переработки рапса. Перспективные материалы, 2025, № 10, с. 34 – 46. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-34-46
Литература содержит 34 ссылки.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Бадин Д.А., Рыбакова С.О., Тимиргалиев А.Н., Ананьева О.А., Буракова И.В., Бураков А.Е. Сорбция фенола высокопористыми углеродными материалами на основе растительных отходов переработки рапса. Перспективные материалы, 2025, № 10, с. 34 – 46. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-34-46
  1. Kavlock R.J., Oglesby L.A., Hall L.L., Fisher H.L., Copeland F., Logsdon T., Ebron-McCoy M. In vivo and in vitro structure-dosimetry-activity relationships of substituted phenols in developmental toxicity assays. Fundament. Reprod Toxicol, 1991, v. 5, no. 3, pp. 255 – 258.
  2. Dabrowski A., Podkościelny P., Hubicki Z., Barczak M. Adsorption of phenolic compounds by activated carbon – a critical review. Chemosphere, 2005, v. 58, no. 8, pp. 1049 – 1070.
  3. Timirgaliev A.N., Burakova I.V., Rybakova S.O., Ananyeva O.A., Yarkin V.O., Kuznetsova T.S., Kadum  A.H.K., Burakov A.E. Removal of organic dyes from aqueous solutions using a graphene-containing sorbent based on activated rapeseed biochar: Kinetics and isotherms. Journal of Advanced Materials and Technologies, 2024, v. 9, no. 3, pp. 177 – 187.
  4. Kadum A.H.K., Burakova I.V., Mkrtchyan E.S., Ananyeva O.A., Yarkin V.O., Burakov A.E., Tkachev A.G. Sorption kinetics of organic dyes methylene blue and malachite green on highly porous carbon material. Journal of Advanced Materials and Technologies, 2023, v. 8, no. 2, pp. 130 – 140.
  5. Peigney A., Laurent C., Flahaut E., Bacsa R., Rousset A. Specific surface area of carbon nanotubes and bundles of carbon nanotubes. Carbon, 2001, v. 39, no. 4, pp. 507 – 514.
  6. Pacholczyk A., Terzyk A.P., Wiśniewski M., Gauden  P.A., Wesołowski R.P., Furmaniak S., Szcześ  A., Chibowski E., Kruszka B. Phenol adsorption on closed carbon nanotubes. Journal of Colloid and Interface Science, 2011, v. 361, no. 1, pp. 288 – 292.
  7. Tóth A., Törocsik A., Tombácz E., Oláh E., Heggen M., Li C., Klumpp E., Geissler E., László K. Interaction of phenol and dopamine with commercial MWCNTs. Journal of Colloid and Interface Science, 2011, v. 364, no. 2, pp. 469 – 475.
  8. Lin J.Q., Yang S.E., Duan J.M., Wu J.J., Jin L.Y., Lin J.M., Deng Q.L. The adsorption mechanism of modified activated carbon on phenol. MATEC Web of Conferences, 2016, v. 7, no. 78, art. 03040.
  9. Wang P., Tyndall S., Rahmana T., Roya P., Jahromia H., Adhikariab S., Boersmac M. Sorption and recovery of phenolic compounds from aqueous phase of sewage sludge hydrothermal liquefaction using bio-char. Chemosphere, 2021, v. 287, no. 1, art. 131934.
  10. Shen Y., Zhang N., Fu Y. Synthesis of high-performance hierarchically porous carbons from rice husk for sorption of phenol in the gas phase. Journal of Environmental Management, 2019, v. 1, no. 241, pp. 53 – 58.
  11. Kumar N.S., Shaikh H.M., Asif M., Al-Ghurabi E.H. Engineered biochar from wood apple shell waste for high-efficient removal of toxic phenolic compounds in wastewater. Scientific Reports, 2021, v. 11, no. 1, art. 2586.
  12. Jin D.F., Xu Y.Y., Zhang M., Jung Y.S., Ok Y.S. Comparative evaluation for the sorption capacity of four carbonaceous sorbents to phenol. Chemical Speciation and Bioavailability, 2016, v. 28, no. 1-4, pp. 18 – 25.
  13. Uddin M.J., Jeong Y.K. Adsorptive removal of pollutants from water using magnesium ferrite nanoadsorbent: a promising future material for water purification. Environmental Science and Pollution Research, 2022, v. 29, pp. 9422 – 9447.
  14. Abdullah T.A., Juzsakova T., Hafad S.A., Rasheed R.T., Al-Jammal N., Mallah M.A. Functionalized multi-walled carbon nanotubes for oil spill clean-up from water. Clean Technologies and Environmental Policy, 2022, v. 24, no. 2, pp. 519 – 541.
  15. Al-Anzi O.C., Siang B.S. Recent developments of carbon based nanomaterials and membranes for oily wastewater treatment. RSC Advances, 2017, v. 7, no.  34, pp. 20981 – 20994.
  16. Anjum M., Miandad R., Waqas M., Gehany F., Barakat M.A. Remediation of wastewater using various nano-materials. Arabian Journal of Chemistry, 2016, v. 12, no. 8, pp. 4897 – 4919.
  17. Wang Y., Pan C., Chu W., Vipin A., Sun L. Environmental remediation applications of carbon nanotubes and graphene oxide: Adsorption and catalysis. Nanomaterials, 2019, v. 9, no. 3, art. 439.
  18. Kariim I., Abdulkareem A.S., Tijani J.O., Abubakre  O.K. Development of MWCNTs/TiO2 nanoadsorbent for simultaneous removal of phenol and cyanide from refinery wastewater. Scientific African, 2020, v. 10, no. 3, art. e00593.
  19. Rezakazemi M., Kurniawan T.A., Albadarin A.B., Shirazian S. Molecular modeling investigation on mechanism of phenol removal from aqueous media by single- and multi-walled carbon nanotubes. Journal of Molecular Liquids, 2018, v. 271, pp. 24 – 30.
  20. Акимбаева А.М. Сорбция фенола модифици­рованными шунгитами. Нефтехимия, 2007, т. 47, № 3, c. 225 – 229. / Akimbayeva A.M. Sorbciya fenola modificirovannymi shungitami [Sorption of phenol by modified shungites]. Neftekhimiya [Petrochemicals], 2007, v. 47, no. 3, pp. 225 – 229. (In Russ.).
  21. Burakov A.E., Tyagi I., Burakova I.V., Milyutin V.V., Nekrasova N.A., Melezhik A.V., Tkachev A.G., Karri R.R., Dehghani M.H., Suhasg, Chandniha S.K. Efficient removal of europium radionuclides from natural and seawater using mesoporous carbon-based material. Journal of Molecular Liquids, 2022, v. 365, art. 120092.
  22. Alizade A., Jantschke A. Dinoflagellates as sustainable cellulose source: Cultivation, extraction, and characterization. International Journal of Biological Macromolecules, 2023, v. 242, art. 125116.
  23. Bahndral A., Shams R., Dash K.K., Ali N.A., Shaikh A.M., Kovács B. Microwave assisted extraction of cellulose from lemon grass: Effect on techno-functional and microstructural properties. Journal of Agriculture and Food Research, 2024, v. 16, art. 101170.
  24. Nguyen T.T., Nguyen N.T., Nguyen V.V., Nguyen A.H., Tran B.D.H., Vo T.K., Truong D.T., Doan T.L.H., Huynh L.T.N., Tran T.N., Ngo H.L., Le V.H., Nguyen T.H. Tailoring hierarchical structures in cellulose carbon aerogels from sugarcane bagasse using different crosslinking agents for enhancing electrochemical desalination capability. Chemosphere, 2024, v. 355, art. 141748.
  25. Qiu H., Lv L., Pan B., Zhang Q.J., Zhang W., Zhang Q.X. Critical review in adsorption kinetic models. Journal of Zhejiang University: Science A, 2009, v. 10, no. 5, pp. 716 – 724.
  26. Simonin J.-P. On the comparison of pseudo-first order and pseudo-second order rate laws in the modeling of adsorption kinetics. Chemical Engineering Journal, 2016, v. 300, pp. 254 – 263.
  27. Dutta P.K., Ray A.K., Sharma V.K., Millero F.J. Adsorption of arsenate and arsenite on titanium dioxide suspensions. Journal of Colloid and Interface Science, 2004, v. 278, no. 2, pp. 270 – 275.
  28. Weber W.J., Morris J.C. Kinetics of adsorption on carbon from solutions. Journal of the Sanitary Engineering Division, 1963, v. 89, no. 2, pp. 31 – 59.
  29. Ayoob S., Gupta A.K., Bhakat P.B., Bhat V.T. Investigations on the kinetics and mechanisms of sorptive removal of fluoride from water using alumina cement granules. Chemical Engineering Journal, 2008, v. 140, no. 1–3, pp. 6 – 14.
  30. Hameed B.H., Ahmad A.A., Aziz N. Isotherms, kinetics and thermodynamics of acid dye adsorption on activated palm ash. Chemical Engineering Journal, 2007, v. 133, no. 1–3, pp. 195 – 203.
  31. Plazinski W., Dziuba J., Rudzinski W. Modeling of sorption kinetics: the pseudo-second order equation and the sorbate intraparticle diffusivity. Adsorption, 2013, v. 19, no. 5, pp. 1055 – 1064.
  32. Shahmohammadi-Kalalagh S., Babazadeh H., Nazemi  A.H., Manshouri M. Isotherm and kinetic studies on adsorption of Pb, Zn and Cu by kaolinite. Caspian Journal of Environmental Science, 2010, v. 9, no. 2, pp. 243 – 255.
  33. Temkin M.J., Pyzhev V. Kinetics of ammonia synthesis on promoted iron catalysts. Acta Physiochim, 1940, v. 12, pp. 217 – 222.
  34. Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Родионова М.В., Модина Е.А. Сорбция ионов цинка продуктами, содержащими целлюлозную и белковую состав­ляющие. Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология, 2009, т. 52, № 3, с. 27 – 31. / Nikiforova T.E., Kozlov V.A., Rodionova M.V., Modina Е.А. Sorbciya ionov cinka produktami, soderzhashchimi cellyuloznuyu i belkovuyu sostavlyayushchie [Sorption of zinc ions by products containing cellulose and protein components]. Izvestiya vuzov. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya [News of higher educational institutions. Series: Chemistry and Chemical Technology], 2009, v. 52, no. 3, pp. 27 – 31. (In Russ.).
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Исследование усталостной прочности мелкозернистой аустенитной стали 08Х18Н10Т полученной методом ротационной ковки

О. А. Белкин, М. К. Чегуров, В. И. Копылов, Д. А. Зотов,
К. Е. Сметанина, Н. Н. Берендеев, А. Н. Сысоев, А. В. Нохрин

Исследована коррозионно-стойкая сталь 08Х18Н10Т, двухфазная ультрамелкозернистая (УМЗ) структура в которой сформирована методом ротационной ковки (РК) при комнатной температуре. Прутки диаметром 6 мм имеют высокую прочность при испытании на растяжение и неравномерное распределение твердости в поперечном сечении прутка. Определено влияние температуры отжига на параметры микроструктуры и механические свойства УМЗ стали. Показано, что в интервале температур отжига 450 – 550 °С наблюдается образование частиц TiC, в интервале 550 – 650 °С происходит обратное превращение мартенсита в аустенит, а при температурах отжига более 700 °С начинаются процессы рекристаллизации. Испытания на усталость гладких цилиндрических образцов по схеме “изгиб с вращением” проводили при комнатной температуре, при частоте 50 Гц. Фрактографический анализ изломов выполнен методом растровой электронной микроскопии. Кривые усталости анализировали с использованием степенного уравнения Басквина: sa = A·N–k. Показано, что РК и отжиги приводят к уменьшению коэффициента А в уравнении Басквина. Установлено, что крупнозернистая и УМЗ сталь имеют одинаковый предел выносливости: физический предел выносливости на базе 107 циклов составляет
500 – 550 МПа, а условный предел выносливости, рассчитанный с использованием уравнения Басквина, — σ–1 = 150 – 155 МПа на базе 108 циклов. Показано, что зависимость σ–1 от температуры отжига УМЗ стали имеет немонотонный характер с максимумом. Результаты усталостных испытаний проанализированы с использованием модели пластической деформации в вершине трещины.

Ключевые слова: аустенитная сталь, 08Х18Н10Т, ультрамелкозернистая структура, ротационная ковка, усталость

DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-47-65
Белкин Олег Анатольевич — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), инженер, специалист в области усталостных испытаний. E-mail: belkin@unn.ru
Чегуров Михаил Константинович — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), кандидат технических наук, инженер, специалист в области фрактографии. E-mail: mkchegurov@nifti.unn.ru
Копылов Владимир Ильич — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области методов интенсивного пластического деформирования. E-mail: kopylov@nifti.unn.ru
Зотов Даниил Андреевич — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), инженер, специалист в области ротационной ковки. E-mail: zotov@nifti.unn.ru.
Сметанина Ксения Евгеньевна — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), лаборант-исследователь, специалист в области рентгенофазового анализа. E-mail: smetanina@nifti.unn.ru
Берендеев Николай Николаевич — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области усталостных испытаний. E-mail: berendeyev@nifti.unn.ru.
Сысоев Анатолий Николаевич — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), ведущий инженер, специалист в области механических испытаний. E-mail: sysoev@nifti.unn.ru
Нохрин Алексей Владимирович — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией, специалист в области механических испытаний. E-mail: nokhrin@nifti.unn.ru.
Ссылка на статью:
Белкин О.А., Чегуров М.К., Копылов В.И., Зотов Д.А., Сметанина К.Е., Берендеев Н.Н., Сысоев А.Н., Нохрин А.В. Исследование усталостной прочности мелкозернистой аустенитной стали 08Х18Н10Т полученной методом ротационной ковки. Перспективные материалы, 2025, № 10, с. 47 – 65. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-47-65
Литература содержит 58 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Белкин О.А., Чегуров М.К., Копылов В.И., Зотов Д.А., Сметанина К.Е., Берендеев Н.Н., Сысоев А.Н., Нохрин А.В. Исследование усталостной прочности мелкозернистой аустенитной стали 08Х18Н10Т полученной методом ротационной ковки. Перспективные материалы, 2025, № 10, с. 47 – 65. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-47-65
  1. Сагарадзе В.В., Уваров А.И. Упрочнение и свойства аустенитных сталей. Екатеринбург, РИО УрО РАН, 2013, 720 с. / Sagaradze V.V., Uvarov A.I. Uprochnenie i svojstva austenitnykh stalej [Strengthening and properties of austenitic steels]. Ekaterinburg, Ural branch RAS, 2013, 720 p. (In Russ.).
  2. Lo K.H., Shek C.H., Lai J.K.L. Recent developments in stainless steels. Mater. Sci. Eng. R, 2009, v. 65, no. 4–6, pp. 39 – 104.
  3. Tiamiyu A.A., Szpunar J.A., Odeshi A.G. et al. Development of ultra-fine-grained structure in AISI 321 austenitic stainless steel. Metall. Mater. Trans. A, 2017, v. 48, pp. 5990 – 6012.
  4. Sohrabi M.J., Naghizadeh M., Mirzadeh H. Defor­mation-induced martensite in austenitic stainless steels: A review. Archiv. Civ. Mech. Eng., 2020, v. 20, art. 124.
  5. Dolzhenko P., Tikhonova M., Odnobokova M. et al. Ultrafine-grained stainless steels after severe plastic deformation. Metals, 2023, v. 13, no. 4, art. 674.
  6. Mirzadeh H. Superplasticity of fine-grained austenitic stainless steels: A review. Journal of Ultrafine Grained and Nanostructured Materials, 2023, v. 56, no. 1, pp. 27 – 41.
  7. Копылов В.И., Чувильдеев В.Н., Грязнов М.Ю. и др. Исследование прочности, релаксационной и коррозионной стойкости ультрамелкозернистой аустенитной стали 08Х18Н10Т, полученной методом РКУ-прессования. III. Деформационное поведение при повышенных температурах. Металлы, 2023, № 6, с. 35 – 52. / Kopylov V.I., Chuvil’deev V.N., Gryaznov M.Yu., et al. Strength and relaxation and corrosion resistance of ultrafine-grained austenitic 08KH18N10T steel produced by ECAP: III. Deformation behavior at elevated temperatures. Russian Metallurgy (Metally), 2023, no. 11, pp. 1606 – 1621.
  8. Duan H., Zhang Z., Zhao Y. et al. Effect of grain size on fatigue strength of 304 stainless steel. High Temp. Mater. Process, 2024, v. 43, art. 20220314.
  9. Liu J., Deng X.T., Huang L., Wang Z.D. High-cycle fatigue behavior of 18Cr-8Ni austenitic stainless steels with grains ranging from nano/ultrafine-size to coarse. Mater. Sci. Eng. A, 2018, v. 733, pp. 128 – 136.
  10. Di Schino A., Kenny K.M. Grain size dependence of the fatigue behaviour of a ultrafine-grained AISI 304 stainless steel. Mater. Lett., 2003, v. 57, pp. 3182 – 3185.
  11. Droste M., Henkel S., Biermann S. et al. Influence of plastic strain control on martensite evolution and fatigue life of metastable austenitic stainless steel. Metals, 2022, v. 12, art. 1222.
  12. Järvenpää A., Jaskari M., Kisko A., Karjalainen L.P. Processing and properties of reversion-treated austenitic stainless steels. Metals, 2020, v. 10, art. 281.
  13. Kunčická L. Structural phenomena introduced by rotary swaging: A review. Materials, 2024, v. 17, art. 466.
  14. Mao Q., Liu Y., Zhao Y. A review on mechanical properties and microstructure of ultrafine grained metals and alloys processed by rotary swaging. J. Alloys Compd, 2022, v. 896, art. 163122.
  15. Talonen J., Hänninen H., Nenonen P. et al. Effect of strain rate on the strain-induced γ → α′-martensite transformation and mechanical properties of austenitic stainless steels. Metall. Mater. Trans. A, 2005, v. 36, pp. 421 – 432.
  16. Pun L., Soares G.S., Bhusare S. et al. Microscale strain localizations and strain-induced martensitic phase transformation in austenitic steel 301LN at different strain rates. Metals, 2023, v. 12, art. 207.
  17. Li W.P., He B.B., Sun Y.H. et al. Revealing the roles of martensitic transformation in affecting the fatigue resistance of austenitic stainless steel with heterogeneous grain size distribution. Scr. Mater. 2024, v. 246, art. 116029.
  18. Panov D.O., Kudryavstev E.A., Chernichenko R.S. et al. Significantly enhanced mechanical properties of metastable austenitic stainless steel with large-scale gradient structure. Mater. Sci. Eng. A, 2025, v. 927, art. 147975.
  19. Панов Д.О., Смирнов А.И., Перцев А.С. Струк­туро­образование метастабильной аустенитной стали при холодной пластической деформации методом ра­диальной ковки. ФММ, 2019, т. 120, № 2, с. 198 – 204. / Panov D.O., Smirnov A.I., Pertsev A.S. Formation of structure in metastable austenitic steel during cold plastic deformation by the radial forging method. Physics of Metals and Metallography, 2019, v. 120, no. 2, pp. 184 – 190.
  20. Panov D., Kudryavtsev E., Naumov S. et al. Gradient microstructure and texture formation in a metastable austenitic stainless steel during cold rotary swaging. Materials, 2023, v. 16, art. 1706.
  21. Panov D., Pertsev A., Smirnov A. et al. Metastable austenitic steel structure and mechanical properties evolution in the process of cold radial forging. Materials, 2019, v. 12, no. 13, art. 2058.
  22. Panov D.O., Smirnov A.I., Simonov Y.N. et al. Methodological approaches to the study of reverse transformation in metastable austenitic steel. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2021, v. 104, art. 012042.
  23. Panov D., Kudryavtsev E., Chernichenko R. et al. Mechanisms of the reverse martensite-to-austenite transformation in a metastable austenitic stainless steel. Metals, 2021, v. 11, art. 599.
  24. Panov D.O., Chernichenko R.S., Naumov S.V. et al. Excellent strength-toughness synergy in metastable austenitic stainless steel due to gradient structure formation. Mater. Lett., 2021, v. 303, art. 130585.
  25. Панов Д.О., Кудрявцев Е.А., Наумов С.В. и др. Эволюция градиентной структуры при термической обработке метастабильной аустенитной нержа­веющей стали, подвергнутой холодной радиальной ковке. МИТОМ, 2023, №8 (818), с. 58 – 66. / Panov D., Kudryavtsev E., Naumov A.V. et al. Evolution of gradient structure under heat treatment of metastable austenitic stainless steel subjected to cold radial forging. Metal Sci. Heat Treat., 2023, v. 65, no. 7-8, pp. 515 – 523.
  26. Feng W., Wang Z., Sun Q. et al. Effect of thermomechanical processing via rotary swaging on grain boundary character distribution and intergranular corrosion in 304 austenitic stainless steel. J. Mater. Sci. Technol., 2022, v. 19, pp. 2470 – 2482.
  27. Rybalchenko O., Torganchuk V., Rybalchenko G. et al. Effect of rotary swaging on microstructure and properties of Cr-Ni-Ti austenitic stainless steel. Metals, 2023, v. 13, art. 1760.
  28. Droste M., Ullrich C., Motylenko M. et al. Fatigue behavior of an ultrafine-grained metastable CrMnNi steel tested under total strain control. Int. J. Fatigue, 2018, v. 106, pp. 143 – 152.
  29. Xu G., Wu J., Wang W. et al. Effect of coherent twin boundary on the low-cycle fatigue property of 321 austenitic stainless steel. J. Mater. Eng. Perform., 2025, v. 34, pp. 7681 – 7692.
  30. Huang Z., Zhang J., Ma Z. et al. Research progress on the relationship between microstructure and properties of AISI 321 stainless steel. Appl. Sci., 2024, v. 14, no. 22, art. 10196.
  31. Добаткин С.В., Терентьев В.Ф., Скротцки В. и др. Структура и усталостная прочность стали 08Х18Н10Т после равноканального углового прессо­вания и нагрева. Металлы, 2012, № 6, с. 45 – 56. / Dobatkin S.V., Terent’ev V.F., Skrotski V. et al. Struktura i ustalostnaya prochnost’ stali 08KH18N10T posle ravnokanal’nogo uglovogo pressovaniya i nagreva [Structure and fatigue strength of 08Cr18Ni10Ti after equal-channel angular pressing and heating]. Metally [Metals], 2012, no. 6, pp. 45 – 56. (In Russ.).
  32. Терентьев В.Ф., Добаткин С.В., Просвирин Д.В. и др. Усталостная прочность аустенитной стали Х18Н10Т после равноканального углового прессования. Деформация и разрушение материалов, 2008, № 10, с. 30 – 38. / Terent’ev V.F., Dobarkin S.V., Prosvirin D.V. et al. Ustalostnaya prochnost’ austenitnoj stali KH18N10T posle ravnokanal’nogo uglovogo pressovaniya [Fatigue strength of austenitic steel Cr18Ni10Ti after equal-channel angular pressing]. Deformaciya i Razrushenie Materialov [Deformation and Fracture of Materials], 2008, no. 10, pp. 30 – 38 (in Russ.).
  33. Добаткин С.В., Рыбальченко О.В., Клиауга А., Токарь А.А. Влияние сдвиговой деформации на структуру и свойства хромоникелевых коррозионно-стойких сталей. МИТОМ, 2015, № 4 (718), с. 44 – 51. / Dobatkin S.V., Rybal’chenko O.V., Kliauga A., Tokar’ A.A. Vliyanie sdvigovoj deformacii na strukturu i svojstva khromonikelevykh korrozionno-stojkikh stalej [Effect of shear strain on the structure and properties of chromium-nickel corrosion-resistance steels]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov [Metal Science and Heat Treatment], 2015, no. 4 (718), pp. 44 – 51. (in Russ.).
  34. Копылов В.И., Чувильдеев В.Н., Нохрин А.В. и др. Исследование прочности, релаксационной и коррозионной стойкости ультрамелкозернистой аустенитной стали 08Х18Н10Т, полученной методом РКУ-прессования. I. Исследование микроструктуры и прочности. Металлы, 2023, № 4, с. 60 – 75. / Kopylov V.I., Chuvil’deev V.N., Nokhrin A.V. et al. Strength and relaxation and corrosion resistance of ultrafine-grained austenitic 08KH18N10T steel produced by ECAP: I. Microstructure and Strength. Russian Metallurgy (Metally), 2023, no. 7, pp. 914 – 927.
  35. Kopylov V.I., Nokhrin A.V., Kozlova N.A. et al. Effect of σ-phase on the strength, stress relaxation behavior, and corrosion resistance of an ultrafine-grained austenitic steel AISI 321. Metals, 2023, v. 13, no. 1, art. 45.
  36. Basquin O.H. The exponential law of endurance tests. American Society of Testing Materials, 1910, v. 10, pp. 625 – 630.
  37. Трощенко В.Т., Сосновский Л.А. Сопротивление усталости металлов и сплавов. Справочник. Часть 1. Киев, Наукова думка, 1987, 503 с. / Troschenko V.T., Sosnovskiy L.A. Soprotivlenie ustalosti metallov i splavov. Spravochnik. Chast’ 1 [Fatigue resistance of metals and alloys. Handbook. Part I]. Kiev, Naukova Dumka, 1987, 503 p. (In Russ.).
  38. Чувильдеев В.Н., Берендеев Н.Н., Мурашов  А.А. и др. Изучение особенностей коррозионно-усталостного разрушения мелкозернистого тита­нового сплава ПТ-7М, полученного методом рота­ционной ковки. Металлы, 2020, № 4, с. 64 – 76. / Chuvil’deev V.N., Berendeev N.N., Murashov A.A. et al. Corrosion-fatigue fracture of the ultrafine-grained PT-7M titanium alloy fabricated by Rotary Forming. Russian Metallurgy (Metally), 2020, no. 7, pp. 767 – 778.
  39. Miller K.J. Materials science perspective of metal fatigue resistance. Mater. Sci. Technol., 1993, v. 9, pp. 453 – 462.
  40. Терентьев В.Ф., Колмаков А.Г., Блинов В.М. Влияние мартенсита деформации на усталость аустенитных коррозионно-стойких сталей. Деформация и разру­шение материалов, 2007, № 6, с. 2 – 9. / Terent’ev V.F., Kolmakov A.G., Blinov A.M. Vliyanie martensita deformacii na ustalost’ austenitnykh korrozionno-stojkikh stalej [Effect of deformation martensite on fatigue of austenitic corrosion-resistant steels]. Deformaciya i Razrushenie Materialov [Deformation and Fracture of Materials], 2007, no. 6, pp. 2 – 9. (In Russ.).
  41. Wang Q., Chen S., Lv X. et al. Role of δ-ferrite in fatigue crack growth of AISI 316 austenitic stainless steel. J. Mater. Sci. Technol. 2022, v. 114, pp. 7 – 15.
  42. Wang J., Su H., Chen K. et al. Effect of δ-ferrite on the stress corrosion cracking behavior of 321 stainless steel. Corrosion Science, 2019, v. 158, art. 108079.
  43. Giordani T., Diehl C.A.T.S., Diehl I.L., Clarke T.G.S. Induced martensitic transformation effect on residual stress, fatigue and magnetic permeability of austenitic stainless steel. Mat. Res., 2024, v. 27, art. e20240050.
  44. Taran Y.V., Balagurov A.M., Schreiber J. et al. Residual stresses in biaxially fatigued austenitic stainless steel sample of cruciform geometry. Phys. Part. Nuclei Lett., 2011, v. 8, pp. 136 – 140.
  45. Alves J.M., Paula A.S., Brandao L.P. Residual stress analysis after the induced martensitic transformation by rolling and tensile test in the 304L TRIP steel. Mat. Res., 2021, v. 24, art. e20210156.
  46. He Y., Zhou H., Zhao Y. et al., Investigating the thermal stability of compressive residual stress in a gradient nanostructured austenitic stainless steel by in-situ XRD and TEM. Mater. Charact., 2024, v. 207, art. 113610.
  47. He Y., Zhou H., Liu W. et al. The role of α′-martensite on the in a gradient nanostructured austenitic stainless steel. Mater. Des., 2024, v. 238, art. 112723.
  48. Suresh S. Fatigue of materials. Cambridge University Press, Cambridge, 1998, 679 p.
  49. Берендеев Н.Н., Любимов А.К. Описание дискрет­ного роста микротрещин при многоцикловой усталости с использованием структурной моде­ли накопления повреждений. Морские интеллек­туальные технологии, 2009, № 1(3), с. 28 – 32. / Berendeev N.N., Lyubimov A.K. Opisanie diskretnogo rosta mikrotreshchin pri mnogociklovoj ustalosti s ispol’zovaniem strukturnoj modeli nakopleniya povrezhdenij [Description of discrete microcrack growth during multi-cycle fatigue using a structural model of damage accumulation]. Morskie intellektual’nye tekhnologii [Marine Intelligent Technologies], 2009, no. 1(3), pp. 28 – 32. (In Russ.).
  50. Фрост Г.Дж., Эшби М.Ф. Карты механизмов деформации. Челябинск, Металлургия, 1989, 328 с. / Frost H.J., Ashby M.F. Deformation mechanism maps. Amsterdam, Elsevier, 1982, 328 p.
  51. Ashby M.F., Gandli C., Taplin D.M.R. Overview No.  3. Fracture mechanism maps and their construction for f.c.c. metals and alloys. Acta Met., 1979, v. 27, pp. 699 – 729.
  52. Zhai T., Wilkinson A.J., Martin J.W. Crystallographic mechanism for fatigue crack propagation through grain boundaries. Acta Mater., 2000, v. 48, pp. 4917 – 4927.
  53. Zhong C., Jin N., Zhou X., et al. Cyclic deformation of AISI 310 stainless steel – I. Cyclic stress-strain responses. Acta Metall. Mater., 1990, v. 38, pp. 2135 – 2140.
  54. Zhong C., Jin N., Zhou X., et al. Cyclic deformation of AISI 310 stainless steel – II. Saturation dislocation structures. Acta Metall. Mater., 1990, v. 38, pp. 2141 – 2148.
  55. Chuvil’deev V.N., Murashov A.A., Nokhrin A.V. et al. Effect of annealing on the corrosion-fatigue strength and hot salt corrosion resistance of fine-grained titanium near-α alloy Ti-5Al-2V obtained using Rotary Swaging. J. Alloys Compd., 2024, v. 1003, art. 175612.
  56. Min S.K., Nam S.W. Correlation between characteristics of grain boundary carbides and creep–fatigue properties in AISI 321 stainless steel. J. Nucl. Mater., 2003, v. 322, pp. 91 – 97.
  57. Min S.K., Kim K.J., Nam S.W. Investigation of the effect of the types and densities of grain boundary carbides on grain boundary cavitation resistance of AISI 321 stainless steel under creep–fatigue interaction. J. Alloys Compd., 2004, v. 370, pp. 223 – 229.
  58. Min S.K., Lee S.C., Nam S.W. Effects of TiC and Cr23C6 carbides on creep-fatigue properties in AISI 321 stainless steel. Mater. Trans., 2002, v. 43, pp. 2808 – 2812.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Фрикционная обработка плазменного слоистого Ni – TiС – FeNiMo – Ni покрытия
на цилиндрической титановой подложке

В. И. Калита, Д. И. Комлев, А. А. Радюк, А. Б. Михайлова

Исследованы микроструктуры и микротвердость плазменного TiС-FeNiMo покрытия на цилиндрической титановой подложке после фрикционной обработки (ФО) одновременно двумя инструментами из быстрорежущей стали при давлении до 15 МПа. Эксперименты выполнили с вращением образца, 900 об/мин, и перемещением инструментов вдоль образующей цилиндрической подложки со скоростью 0,24 мм/с. Повышение температуры покрытия до 1123 °С за счет сил трения позволяет деформировать покрытие вплоть до его плавления. Процесс фрикционной обработки характеризовали значениями линейной скорости покрытия при его вращении, нормальными и сдвигающими напряжениями, коэффициентом трения, мощностью, работой, выполненной на треке и отношением работы к площади трека. Покрытия имеют участки с не плотной, плотной и оплавленной микроструктурой, что приводит к разбросу значений микротвердости, при нагрузках на индентор 200 Г от 2,78 до 9,80 ГПа, а при нагрузке 20 Г — от 3,13 до 16,81 ГПа. Средняя твердость керметной структуры при нагрузке на индентор 200 Г составляет 8,55 ГПа, а при нагрузке 20 Г — 14,09 ГПа.

Ключевые слова: фрикционная обработка, плазменные покрытия, TiС-FeNiMo, цилиндрическая подложка, микроструктура, микротвердость.

DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-66-77
Калита Василий Иванович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), доктор технических наук, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией, специалист в области плазменного напыления. E-mail: vkalita@imet.ac.ru.
Комлев Дмитрий Игоревич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области плазменного напыления. E-mail: imet-lab25@yandex.ru.
Радюк Алексей Александрович — Институт металлургии и материало­ведения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат технических наук, научный сотрудник, специалист в области плазменного напыления. E-mail:
imet-lab25@yandex.ru.
Михайлова Александра Борисовна — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области рентгеновского анализа материалов. E-mail: sasham1@mail.ru.
Ссылка на статью:
Калита В.И., Комлев Д.И., Радюк А.А., Михайлова А.Б. Фрикционная обработка плазменного слоистого Ni – TiС – FeNiMo – Ni покрытия на цилиндрической титановой подложке. Перспективные материалы, 2025, № 10, с. 66 – 77. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-66-77
Литература содержит 14 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Калита В.И., Комлев Д.И., Радюк А.А., Михайлова А.Б. Фрикционная обработка плазменного слоистого Ni – TiС – FeNiMo – Ni покрытия на цилиндрической титановой подложке. Перспективные материалы, 2025, № 10, с. 66 – 77. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-66-77
  1. Mutter M., Mauer G., Mücke R., Guillon O., Vaßen R. Systematic investigation on the influence of spray parameters on the mechanical properties of atmospheric plasma-sprayed YSZ coatings. Journal of Thermal Spray Technology, 2018, v. 27, no. 4. pp. 566 – 580.
  2. Morisada Y., Fujii H., Mizuno T., Abe G., Nagaoka  T., Fukusumi M. Modification of thermally sprayed cemented carbide layer by friction stir processing. Surface and Coatings Technology, 2010, v. 204, no. 15, pp. 2459 – 2464.
  3. Tanigawa H., Ozawa K., Morisada Y., Noh S., Fujii  H. Modification of vacuum plasma sprayed tungsten coating on reduced activation ferritic/martensitic steels by friction stir processing. Fusion Engineering and Design, 2015, v. 98, pp. 2080 – 2084.
  4. Fitseva V., Hanke S., dos Santos J.F., Stemmer P., Gleising B. The role of process temperature and rotational speed in the microstructure evolution of Ti-6Al-4V friction surfacing coatings. Materials & Design, 2016, v. 110, pp. 112 – 123.
  5. Peng Hana, Wen Wanga, Zhihao Liua, Ting Zhanga, Qiang Liua, Xiaohu Guana, Ke Qiaoa, Dongming Yea, Jun Caia, Yingchun Xieb, Kuaishe Wanga. Modification of cold-sprayed high-entropy alloy particles reinforced aluminum matrix composites via friction stir processing. Journal of Alloys and Compounds, 2022, v. 907, art. 164426.
  6. Wen Wanga, Peng Hana, Yinghui Wanga, Ting Zhanga, Pai Penga, Ke Qiaoa, Zhi Wanga, Zhihao Liua, Kuaishe Wanga, High-performance bulk pure Al prepared through cold spray-friction stir processing composite additive manufacturing. Journal of Materials Research and Technology, 2020, v. 9, no. 4, pp. 9073 – 9079.
  7. Калита В.И., Комлев Д.И. Плазменные покрытия с нанокристаллической и аморфной структурой. Москва, Издательский Дом Библиотека, 2008, 400 с. / Kalita V.I., Komlev D.I. Plazmennye pokrytiia s nano­kristallicheskoi i amorfnoi strukturoi [Plasma coatings with nanocrystalline and amorphous structure]. Moscow, Publishing House Library, 2008, 400 p. (In Russ.).
  8. Полухин П.И., Гун Г.Я, Галкин А.М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. Москва, Металлургия, 1976. 488 с. / Poluhin P.I., Gun G.Ia, Galkin A.M., Soprotivlenie plasticheskoi deformatcii metallov i splavov [Resistance to plastic deformation of metals and alloys]. Moscow, Metallurgy, 1976, 488 p. (In Russ.).
  9. Fitseva V., Krohn H., Hanke S., dos Santos J.F. Friction surfacing of Ti–6Al–4V: Process characteristics and deposition behaviour at various rotational speeds. Surface & Coatings Technology, 2015, v. 278, pp. 56 – 63.
  10. Fitseva V., Hanke S., dos Santos J.F. Influence of rotational speed on process characteristics in friction surfacing of Ti-6Al-4V. Materials and Manufacturing Processes, 2017, v. 32, no. 5, pp. 557 – 563. DOI: 10.1080/10426914.2016.1257799.
  11. Фукс И.Г., Буяновский И.А. Введение в трибологию. Москва, Изд-во “Нефть и Газ”, 1995, 280 c. / Fuks I.G., Buianovskii I.A. Vvedenie v tribologiiu [ Introduction to tribology]. Moscow, Publishing house ‘Oil and Gas’, 1995, 280 p. (In Russ.).
  12. Cеменов А.П. Исследование схватывания металлов при совместном пластическом деформировании. Москва, Издательство АН СССР. 1953, 120 с. / Semenov A.P. Issledovanie skhvaty`vaniia metallov pri sovmestnom plasticheskom deformirovanii [Study of the setting of metals during joint plastic deformation]. Moscow, Publishing House of the USSR Academy of Sciences, 1953, 120 p. (In Russ.).
  13. Вилль В.И. Сварка металлов трением. Москва, Машгиз, 1961, 154 с. / Vill’ V.I. Svarka metallov treniem [Friction welding of metals]. Moscow, Mashgiz Publ., 1961, 154 p. (In Russ.).
  14. Гельман А.С. Основы сварки давлением. Машиностроение. Москва, 1970 г., 312 с. / Gel’man. A.S. Osnovy svarki davleniem [Pressure welding basics], Moscow, Mashinostroenie Publ., 1970, 312 p. (In Russ.).
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Исследование механизмов деформации и разрушения волокнистых композиционных
материалов методом акустической эмиссии

А. Г. Пенкин, И. О. Банных, В. И. Антипов, А. Г. Колмаков,
Н. А. Минина, Ю. Э. Мухина

Исследованы механизмы деформации и разрушения металлического волокнистого композиционного материала “алюминий – сталь” с различной объёмной долей волокон и с разным структурным состоянием межфазной границы в условиях статического растяжения с использованием метода акустической эмиссии. В качестве матрицы композиционного материала “алюминий – сталь” использовали сплав АМГ-6, а упрочняющих волокон — нержавеющую аустенитно-мартенситную стальную проволоку марки ЭП322 диаметром 350 мкм. Исследованы образцы матрицы и композиционного материала с различной объёмной долей волокон, включая образцы с интерметаллидной прослойкой на границе “волокно – матрица” толщиной 20 мкм, которая формировалась в процессе отжига при температуре 470 °С. Образцы испытывали на статическое растяжение при комнатной температуре со скоростью деформирования 2,8·10–3 c–1 на малошумящей 10-тонной механической машине Instron 3382 с одновременной регистрацией комплекса параметров сигналов акустической эмиссии в частотном диапазоне 20 – 1000 кГц и динамическом диапазоне 84 дБ с помощью диагностической системы СДС1008. Обнаружено, что амплитудные и энергетические характеристики сигналов акустической эмиссии, зарегистрированные в процессе статического растяжения образцов композиционного материала, позволяют контролировать кинетику процессов пластической деформации, деформационного упрочнения материала матрицы, разрушения интерметаллида на межфазной границе, а также динамику разрушения волокон. Показана возможность идентификации механизмов деформации на основе анализа спектральных характеристик сигналов акустической эмиссии в процессе статического растяжения на стадиях текучести, деформационного упрочнения, пластического течения и разрушения образцов композиционного материала “алюминий – сталь”, а также оценивать степень влияния структурного состояния межфазной границы “матрица – волокно” на характер разрушения волокон.

Ключевые слова: акустическая эмиссия, композиционные материалы, металлы, механические свойства, статическое растяжение, механизмы разрушения

DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-78-88
Пенкин Александр Григорьевич — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334 Москва, Ленинский проспект, 49), научный сотрудник, специалист в области неразрушающих методов измерения и контроля физико-механических свойств металлических и композиционных материалов. E-mail: alexgpenkin@gmail.com.
Банных Игорь Олегович — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334 Москва, Ленинский проспект, 49), член-корреспондент РАН, доктор технических наук, заведующий лабораторией, ведущий научный сотрудник, специалист в области конструкционных сталей и сплавов. E-mail: ibannykh@imet.ac.ru.
Антипов Валерий Иванович — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области порошковой металлургии, покрытий и композиционных материалов. E-mail: viantipov@imet.ac.ru.
Колмаков Алексей Георгиевич — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), член-корреспондент РАН, доктор технических наук, заведующий лабораторией, специалист в области композиционных и наноматериалов, мультифрактального анализа, синергетики. E-mail: akolmakov@imet.ac.ru.
Минина Наталья Анатольевна — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), старший научный сотрудник, специалист в области материаловедения и теплофизики. E-mail: minina@imet.ac.ru.
Мухина Юлия Эдуардовна — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат технических наук, научный сотрудник, cпециалист в области структурного анализа и физикохимии неорганических материалов. E-mail: mukhina.j.e.imet@yandex.ru.
Ссылка на статью:
Пенкин А.Г., Банных И.О., Антипов В.И., Колмаков А.Г., Минина Н.А., Мухина Ю.Э. Исследование механизмов деформации и разрушения волокнистых композиционных материалов методом акустической эмиссии. Перспективные материалы, 2025, № 10, с. 78 – 88. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-78-88
Литература содержит 9 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Пенкин А.Г., Банных И.О., Антипов В.И., Колмаков А.Г., Минина Н.А., Мухина Ю.Э. Исследование механизмов деформации и разрушения волокнистых композиционных материалов методом акустической эмиссии. Перспективные материалы, 2025, № 10, с. 78 – 88. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-10-78-88
  1. Семашко Н.А., Шпорт В.И., Марьин Б.Н. и др. Акустическая эмиссия в экспериментальном материаловедении. Москва, Машиностроение, 2002, 239 с. / Semashko N.A., Shport V.I., Mar’in B.N. et al. Akusticheskaya emissiya v eksperimental’nom materialovedenii [Acoustic emission in experimental materials science]. Moscow, Mashinostroyeniye Publ., 2002, 239 p. (In Russ.).
  2. Пенкин А.Г., Терентьев В.Ф., Маслов Л.И. Оценка остаточного ресурса работоспособности трубных сталей с использованием методов акустической эмиссии и кинетической твердости. Москва, Интерконтакт Наука, 2005, 69 с. / Penkin A.G., Terent’yev V.F., Maslov L.I. Otsenka ostatochnogo resursa rabotosposobnosti trubnykh staley s ispol’zovaniyem metodov akusticheskoy emissii i kineticheskoy tverdosti [Evaluation of the residual service life of pipe steels using acoustic emission and kinetic hardness methods]. Moscow, Interkontakt Nauka Publ., 2005, 69 p. (In Russ.).
  3. Ханжин В.Г., Никулин С.А. Применение метода акустической эмиссии при испытании материалов для ядерной энергетики. Москва, МИСиС, 2008, 93 с. / Khanzhin V.G., Nikulin S.A. Primeneniye metoda akusticheskoy emissii pri ispytanii materialov dlya yadernoy energetiki [Application of the acoustic emission method in testing materials for nuclear power]. Moscow, MISiS Publ., 2008, 93 p. (In Russ.).
  4. Куксенко В.С., Нагинаев К.Е., Савельев В.Н., Рустамова М.З. Акустико-эмиссионный метод регистрации трещинообразования в реальных конструкциях. Деформация и разрушение материалов, 2009, № 9, с. 45 − 48. / Kuksenko V.S., Naginayev K.Ye., Savelyev V.N., Rustamova M.Z. Akustiko-emissionnyy metod registratsii treshchinoobrazovaniya v real’nykh konstruktsiyakh [Acoustic emission method for recording crack formation in real constructions]. Deformatsiya i razrusheniye materialov [Deformation and destruction of materials], 2009, no. 9, pp. 45 − 48. (In Russ.).
  5. Антипов В.И., Виноградов Л.В., Колмаков А.Г., Мухина Ю.Э., Егоров С.В., Баранов Е.Е. Получение полуфабрикатов композиционных материалов алюминий – углеродные волокна. Перспективные материалы, 2018, № 6, с. 62 – 68. / Antipov V.I., Vinogradov L.V., Kolmakov A.G., Mukhina Yu.E., Egorov S.V., Baranov E.E. Polucheniye polufabrikatov kompozitsionnykh materialov alyuminiy – uglerodnyye volokna [Production of semi-finished products of aluminum-carbon fiber composite materials]. Perspektivnyye materialy [Advanced Materials], 2018, no. 6, pp. 62 – 68. (In Russ.).
  6. Зуев Л.Б, Горбатенко В.В., Данилов В.И. Полосы Чернова-Людерса и эффект Портевена-Ле Шателье как неустойчивость пластического течения. Деформация и разрушение металлов, 2016. № 8, с. 2 − 8. / Zuev L.B., Gorbatenko V.V., Danilov V.I. Chernov–Lüders bands and the Portevin–Le Chatelier effect as plastic flow instabilities. Russian Metallurgy (Metally), 2017, no. 4, pp. 231 − 236.
  7. Муравьев Т.В., Зуев Л.Б. Особенности акустической эмиссии при развитии полосы Чернова-Людерса в образцах из низкоуглеродистой стали. ЖТФ, 2008, т. 78, № 8, с. 135 − 139. / Murav’ev T.V., Zuev L.B. Acoustic emission during the development of a Lüders band in a low-carbon steel. Technical Physics, 2008, v. 53, no. 8, pp. 1094 − 1098.
  8. Jiang D.M., Kang S.B., Kim H.W. Microstructure and mechanical properties of Al-Mg alloy sheets for autobody application. Mater. Sci. and Technol., 1999, v. 15, no. 12, pp. 1401 − 1407.
  9. Muller A., Segel C., Linderov M., Vinogradov M.,Wiedner A., Biermann H. The Portevin-Le Chatelier Effect in metastable austenitic stainless steel. Metallurgical and Materials Transaction, 2016, v. 47, pp. 59 − 74.
Made on
Tilda