Tilda Publishing
ЖУРНАЛ
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ISSN 1028-978X (print)
ISSN 3033-733X (online)
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Tilda Publishing
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
2024, № 3, аннотации статей
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Конгломерация элементных порошков высокоэнтропийного
30 Fe – 30 Cr – 20 Ni – 10 Mo – 10 W сплава
для применения в аддитивном производстве

А. Ю. Иванников, А. Б. Анкудинов, А. Б. Михайлова,
Б. А. Румянцев, А. В. Михайлова, В. А. Зеленский

Определена возможность конгломерации элементных порошков при механическом синтезе высокоэнтропийного сплава 30 Fe – 30 Cr – 20 Ni – 10 Mo – 10 W. Изучено распределение частиц элементных порошков в формируемых при механическом легировании конгломератах. Определено влияние режимов механического легирования на содержание конгломератов фракции более 32 мкм в порошковой шихте. Изучен фазовый состав конгломератов после водородной термической обработки. Полученные конгломераты могут быть использованы в процессе аддитивного выращивания деталей нефтегазового оборудования для работы в условиях высоких температур и коррозионного воздействия.

Ключевые слова: высокоэнтропийные сплавы, механическое легирование, конгломераты.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-5-12
Иванников Александр Юрьевич — Институт металлургии и материалове­дения им. А.А.Байкова РАН (119334 Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области порошковой металлургии и обработки материалов концентрированными потоками энергии. E-mail: aivannikov@imet.ac.ru.
Анкудинов Алексей Борисович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334 Москва, Ленинский проспект, 49), научный сотрудник, специалист в области порошковой металлургии. E-mail: aankydinov@imet.ac.ru.
Михайлова Александра Борисовна — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334 Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат технических наук, научный сотрудник, специалист в области рентгенофазового анализа. E-mail: amikhailova@imet.ac.ru.
Румянцев Борис Алексеевич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334 Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат технических наук, научный сотрудник, специалист в области газового анализа. E-mail: brumyancev@imet.ac.ru.
Михайлова Анна Владимировна — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334 Москва, Ленинский проспект, 49), инженер-исследователь, специалист в области электронной микроскопии. E-mail: avmikhailova @imet.ac.ru.
Зеленский Виктор Александрович — 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 и специальных сплавов. E-mail: vzelensky@imet.ac.ru.
Ссылка на статью:
Иванников А.Ю., Анкудинов А.Б., Михайлова А.Б., Румянцев Б.А., Михайлова А.В., Зеленский В.А. Конгломерация элементных порошков высокоэнтропийного 30 Fe – 30 Cr – 20 Ni – 10 Mo – 10 W сплава для применения в аддитивном производстве. Перспективные материалы, 2024, № 3, с. 5 – 12. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-5-12
Литература содержит 17 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Иванников А.Ю., Анкудинов А.Б., Михайлова А.Б., Румянцев Б.А., Михайлова А.В., Зеленский В.А. Конгломерация элементных порошков высокоэнтропийного 30 Fe – 30 Cr – 20 Ni – 10 Mo – 10 W сплава для применения в аддитивном производстве. Перспективные материалы, 2024, № 3, с. 5 – 12. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-5-12
1. Каблов Е.Н. Тенденции и ориентиры инновационного развития России. Сборник научно- информационных материалов. Москва, Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов, 2015, 720 с. / Kablov E.N. Tendencii i orientiry innovacionnogo razvitiya Rossii [Trends and guidelines for the innovative development of Russia]. Sbornik nauchno-informacionnyh materialov [Collection of scientific and informational materials]. Moscow, All-Russian Scientific Research Institute of Aviation Materials, 2015, 720 p. (In Russ.).
2. Жуков В.В., Карпов А.А., Карпов И.А. и др. Анализ трендов перспективных материалов для нефтегазовой отрасли. PROнефть. Профессионально о нефти, 2022, № 3. c. 136 – 147. / Zhukov V.V., Karpov A. A., Karpov I.A. et al. Analiz trendov perspektivnyh materialov dlya neftegazovoj otrasli [Analysis of trends in promising materials for the oil and gas industry]. PROneft’. Professional’no o nefti [PROforma. Professionally about oil], 2022, no. 3, pp. 136 – 147. (In Russ.).
3. Степанов О.А., Рыдалина Н.В., Антонова Е.А. Современные материалы для нефтегазовой отрасли. Материалы Национальной научно-практической конференции. Нефть и газ: технологии и инновации, Тюмень, 07 – 08 ноября 2019. Изд. Тюменского индустриального университета, 2019, с. 96 – 99. / Stepanov O.A., Rydalina N.V., Antonova E.A. Sovremennye materialy dlya neftegazovoj otrasli [Modern materials for the oil and gas industry]. Materialy Nacional’noj nauchno-prakticheskoj konferencii “Neft’ i gaz: tekhnologii i innovacii” [Materials of the National Scientific and Practical Conference “Oil and gas: technologies and innovations”], Tyumen, November 07 – 08, 2019. Publishing house of the Tyumen Industrial University, 2019, pp. 96 – 99. (In Russ.).
4. Колмаков А.Г., Иванников А.Ю., Каплан М.А. и др. Коррозионностойкие стали в аддитивном производстве. Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 2021, № 9, с. 619 – 650. / Kolmakov A.G., Ivannikov A.Y., Kaplan M.A. et al. Korrozionnostojkie stali v additivnom proizvodstve [Corrosion-resistant steels in additive manufacturing]. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Chernaya metallurgiya [News of higher educational institutions. Ferrous metallurgy], 2021, no. 9, pp. 619 – 650. (In Russ.).
5. Курынцев С.В., Нагулин К.Ю., Горунов А.И. Аддитивные технологии — третья индустриальная революция. Наукоемкие технологии в машиностроении, 2016, № 7(61), с. 39 – 44. / Kuryntsev S.V., Nagulin K.Y., Gorunov A.I. Additivnye tekhnologii — tret’ya industrial’naya revolyuciya [Additive technologies are the third industrial revolution]. Naukoemkie tekhnologii v mashinostroenii [High-tech technologies in mechanical engineering], 2016, no. 7(61), pp. 39 – 44. (In Russ.).
6. Грязнов М.Ю., Самохин А.В., Чувильдеев В.Н. и др. Получение композитного порошка системы W – Ni – Fe со сферической формой частиц и исследование возможности его использования в технологии послойного лазерного сплавления. Физика и химия обработки материалов, 2022, № 3, с. 54 – 66. / Gryaznov M.Y., Samokhin A.V., Chuvildeev V.N. et al. Poluchenie kompozitnogo poroshka sistemy W – Ni – Fe so sfericheskoj formoj chastic i issledovanie vozmozhnosti ego ispol’zovaniya v tekhnologii poslojnogo lazernogo splavleniya [Preparation of a composite powder of the W – Ni – Fe system with a spherical particle shape and investigation of the possibility of its use in the technology of layered laser fusion]. Fizika i khimiya obrabotki materialov [Physics and chemistry of materials treatment], 2022, no. 3, pp. 54 – 66. (In Russ.).
7. Самохин А.В., Фадеев А.А., Алексеев Н.В. и др. Сфероидизация порошков на основе железа в потоке плазмы электродугового плазмотрона и их применение в селективном лазерном плавлении. Физика и химия обработки материалов, 2019, № 4, с. 12 – 20. / Samokhin A.V., Fadeev A.A., Alekseev N.V. et al. Sferoidizaciya poroshkov na osnove zheleza v potoke plazmy elektrodugovogo plazmotrona i ih primenenie v selektivnom lazernom plavlenii [Spheroidization of iron-based powders in the plasma flow of an electric arc plasma torch and their application in selective laser melting]. Fizika i khimiya obrabotki materialov [Physics and chemistry of materials treatment], 2019, no. 4, pp. 12 – 20. (In Russ.).
8. Аборкин А.В., Евдокимов И.А., Ваганов В.Е. и др. Влияние режима механической активации на морфологию и фазовый состав наноструктурированного композиционного материала Al-2Mg-nC. Российские нанотехнологии, 2016, № 5 – 6, с. 30 – 36. / Aborkin A.V., Evdokimov I.A., Vaganov V.E. et al. Vliyanie rezhima mekhanicheskoj aktivacii na morfologiyu i fazovyj sostav nanostrukturirovannogo kompozicionnogo materiala Al-2Mg-nC [The effect of the mechanical activation mode on the morphology and phase composition of the nanostructured composite material Al-2Mg-nC]. Rossijskie nanotekhnologii [Russian nanotechnology], 2016, no. 5 – 6, pp. 30 – 36. (In Russ.).
9. Тихомиров С.А., Зеленский В.А., Евстратов Е.В. и др. Влияние механической активации оксида никеля на свойства никелевых нанопорошков. Физика и химия обработки материалов, 2008, № 6, с. 84 – 85. / Tikhomirov S.A., Zelensky V.A., Evstratov E.V. et al. Vliyanie mekhanicheskoj aktivacii oksida nikelya na svojstva nikelevyh nanoporoshkov [The effect of mechanical activation of nickel oxide on the properties of nickel nanopowders]. Fizika i khimiya obrabotki materialov [Physics and chemistry of materials treatment], 2008, no. 6, pp. 84 – 85. (In Russ.)
10. Салищев Г.А., Степанов Н.Д. Высокоэнтропийные сплавы: структура, свойства, применение. Сборник трудов ХI Евразийской научно-практической конференции “Прочность неоднородных структур - ПРОСТ 2023”, Москва, 18–20 апреля 2023, Москва, Изд. Студио-Принт, 2023, с. 10. / Salishchev G.A., Stepanov N.D. Vysokoentropijnye splavy: struktura, svojstva, primenenie [High-entropy alloys: structure, properties, and application]. Sbornik trudov XI Evrazijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii “Prochnost’ neodnorodnyh struktur - PROST 2023”, Moskva, 18–20 aprelya 2023 g. [Proceedings of the XI Eurasian Scientific and Practical Conference “The strength of heterogeneous structures is SIMPLE 2023”, Moscow, April 18-20, 2023]. Moscow, Studio-Print Publ., 2023, p. 10. (In Russ.).
11. Kuznetsov A. V., Shaysultanov D. G., Stepanov N. D. et al. Superplasticity of AlCoCrCuFeNi high entropy alloy. Materials Science Forum, 2013, no. 735, pp. 146 – 151.
12. Иванников А. Ю., Кудашев М. А., Пучков Ю. А. и др. Влияние термической обработки и содержания вольфрама на структуру, фазовый состав и коррозионную стойкость высокоэнтропийных сплавов системы Fe – Cr – Ni – Mo – W. Перспективные материалы, 2023, № 9, с. 54 – 62. / Ivannikov A.Y., Kudashev M.A., Puchkov Yu.A. et al. Vliyanie termicheskoj obrabotki i soderzhaniya vol’frama na strukturu, fazovyj sostav i korrozionnuyu stojkost’ vysokoentropijnyh splavov sistemy Fe – Cr – Ni – Mo – W [The effect of heat treatment and tungsten content on the structure, phase composition and corrosion resistance of high-entropy alloys of the Fe – Cr – Ni – Mo – W system]. Perspectivnye materiali [Advanced Materials], 2023, no. 9, pp, 54 – 62. (In Russ.).
13. Gudkov S.V., Simakin A.V., Konushkin S.V. et al. Preparation, structural and microstructural characterization of Ti–30Nb–10Ta–5Zr alloy for biomedical applications. Journal of Materials Research and Technology, 2020, no. 6, pp. 16018 – 16028.
14. Иванов Ю.Ф., Осинцев К.А., Громов В.Е. и др. Деформационное поведение высокоэнтропийного сплава системы Al – Co – Cr – Fe – Ni, изготовленного методом проволочно-дугового аддитивного производства. Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 2021, № 1, c. 68 – 74. / Ivanov Yu.F., Osintsev K.A., Gromov V.E. et al. Deformacionnoe povedenie vysokoentropijnogo splava sistemy Al – Co – Cr – Fe – Ni, izgotovlennogo metodom provolochno-dugovogo additivnogo proizvodstva [Deformation behavior of a high-entropy alloy of the Al – Co – Cr – Fe – Ni system made by the method of wire-arc additive manufacturing]. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Chernaya metallurgiya. [News of higher educational institutions. Ferrous metallurgy], 2021, no. 1, pp. 68 – 74. (In Russ.).
15. Радионова Л.В., Самодурова М.Н., Быков В.А. и др. Повышение эксплуатационных свойств поверхности штока гидроцилиндра аддитивными технологиями. Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, 2020, № 3, c. 34 – 41. / Radionova L.V., Samodurova M.N., Bykov V.A. et al. Povyshenie ekspluatacionnyh svojstv poverhnosti shtoka gidrocilindra additivnymi tekhnologiyami [Improving the performance properties of the cylinder rod surface with additive technologies]. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. G.I. Nosova. [Bulletin of Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov], 2020, no. 3, pp. 34 – 41. (In Russ.).
16. Ivannikov A.Y., Grebennikov I.K., Klychevskikh Yu.A. et al. Fabrication, Microstructure, and Physico- Mechanical Properties of Fe–Cr–Ni–Mo–W High- Entropy Alloys from Elemental Powders. Metals, 2022, no. 12, art. 1764.
17. Трофименко Н.Н., Ефимочкин И.Ю., Большакова А.Н. Проблемы создания и перспективы использования жаропрочных высокоэнтропийных сплавов. Авиационные материалы и технологии, 2018, № 2(51), c. 3 – 8. / Trofimenko N.N., Efimochkin I.Yu., Bolshakova A.N. Problemy sozdaniya i perspektivy ispol’zovaniya zharoprochnyh vysokoentropijnyh splavov. [Problems of creation and prospects for the use of heat-resistant high-entropy alloys]. Aviacionnye materialy i tekhnologii [Aviation materials and technologies], 2018, no. 2(51), pp. 3 – 8. (In Russ.)
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Диафрагма и мембрана для щелочного электролиза воды с гидрогелем
гидроксида циркония в качестве гидрофильного наполнителя

В. Н. Кулешов, С. В. Курочкин, Н. В. Кулешов,
А. А. Гаврилюк, М. А. Климова, О. Ю. Григорьева

Получен новый тип разделительных материалов для щелочных электролизеров воды: диафрагма, синтезированная методом фазовой инверсии, и многослойная микропленочная мембрана с гидрогелем гидроксида циркония в качестве гидрофильного наполнителя. Представлены экспериментальные данные по их пористости, удельной электропроводности, газоплотности, а также результаты их испытаний в составе батареи щелочного электролизера в сравнении с пористой диафрагмой на основе полисульфона с гидрофильным наполнителем (TiO2), синтезированной традиционным методом фазовой инверсии. Оценены преимущества и недостатки новых материалов, определены пути дальнейших исследований и разработок.

Ключевые слова: возобновляемая энергетика, щелочной электролиз воды, диафрагма, мембрана, гидрофильные наполнители.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-13-22
Кулешов Николай Васильевич — Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Национальный исследовательский университет “МЭИ” (ФГБОУ ВО “НИУ “МЭИ”) (Москва, 111250, ул. Красноказарменная, 14, стр. 1), доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой, специалист в области водородной и электрохимической энергетики. E-mail: KuleshovNV@mpei.ru.
Гаврилюк Андрей Александрович — Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Национальный исследовательский университет “МЭИ” (ФГБОУ ВО “НИУ “МЭИ”) (Москва, 111250, ул. Красноказарменная, 14, стр. 1), аспирант, ведущий инженер, специалист в области щелочного электролиза воды. E-mail: GavriliukAA@mpei.ru.
Климова Мария Андреевна — Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Национальный исследовательский университет “МЭИ” (ФГБОУ ВО “НИУ “МЭИ”) (Москва, 111250, ул. Красноказарменная, 14, стр. 1), кандидат технических наук, доцент, специалист в области электрокатализаторов, исследования и разработки водород-воздушных топливных элементов, низкотемпературного электролиза воды. E-mail: KlimovaMA@mpei.ru.
Григорьева Оксана Юрьевна — Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Национальный исследовательский университет “МЭИ” (ФГБОУ ВО “НИУ “МЭИ”) (Москва, 111250, ул. Красноказарменная, 14, стр. 1), кандидат химических наук, доцент, специалист в области новых электродных материалов и составов электролитов для литий-ионных перезаряжаемых источников тока; кинетических и термодинамических закономерностей интеркаляции/деинтеркаляции лития в электродные материалы, низкотемпературного электролиза воды. E-mail: GrigoryevaOY@mpei.ru.
Ссылка на статью:
Кулешов В.Н., Курочкин С.В., Кулешов Н.В., Гаврилюк А.А., Климова М.А., Григорьева О.Ю. Диафрагма и мембрана для щелочного электролиза воды с гидрогелем гидроксида циркония в качестве гидрофильного наполнителя. Перспективные материалы, 2024, № 3, с. 13 – 22. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-13-22
Литература содержит 48 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Кулешов В.Н., Курочкин С.В., Кулешов Н.В., Гаврилюк А.А., Климова М.А., Григорьева О.Ю. Диафрагма и мембрана для щелочного электролиза воды с гидрогелем гидроксида циркония в качестве гидрофильного наполнителя. Перспективные материалы, 2024, № 3, с. 13 – 22. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-13-22

1. https://nafion.com
2. Avram E., Butuc E., Luca C., Druta I. Polymers with pendant functional group. III. Polysulfones containing viologen group. Journal of Macromolecular Science, 1997, Part A, v. 34, no. 9, pp. 1701 – 1714.
3. Pan J., Chen C., Li Y., Wang L., Tan L., Li G., Zhuang L. Constructing ionic highway in alkaline polymer electrolytes. Energy Environ. Sci., 2014, v. 7, no. 1, pp. 354 – 360.
4. Tanaka M., Fukasawa K., Nishino E., Yamaguchi S., Yamada K., Tanaka H., Watanabe M. Anion conductive block poly(arylene ether)s: Synthesis, properties, and application in alkaline fuel cells. Journal of the American Chemical Society, 2011, v. 133, no. 27, pp. 10646 – 10654.
5. Lai A.N., Guo D., Lin C.X., Zhang Q.G., Zhu A.M., Ye M.L., Liu Q.L. Enhanced performance of anion exchange membranes via crosslinking of ion cluster regions for fuel cells. Journal of Power Sources, 2016, v. 327, pp. 56 – 66.
6. Pan J., Li Y., Han J., Li G., Tan L., Chen C., Zhuang L. A strategy for disentangling the conductivity –stability dilemma in alkaline polymer electrolytes. Energy & Environmental Science, 2013, v. 6, no. 10, pp. 2912 – 2915.
7. https://dioxidematerials.com
8. https://www.fumatech.com/en
9. http://www.astom-corp.jp
10. https://www.pbi-int.com
11. https://www.tokuyama.co.jp
12. https://ionomr.com
13. Bert P., Ciardelli F., Liuzzo V., Pucci A., Ragnoli M., Tampucci A. Anionic-exchange membranes and polymeric ionomers and process for their preparation. Patent № WO/2009/007922. Publication date 15.01.2009.
14. https://www.enapter.com
15. https://nelhydrogen.com
16. Arges C.G., Ramani V. Two-dimensional NMR spectroscopy reveals cation-triggered backbone degradation in polysulfone-based anion exchange membranes. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2013, v. 110, no. 7, pp. 2490 – 2495.
17. Marino M.G., Kreuer K.D. Alkaline stability of quaternary ammonium cations for alkaline fuel cell membranes and ionic liquids. ChemSusChem., 2014, v. 8, no. 3, pp. 513 – 523.
18. Fan J., Willdorf-Cohen S., Schibli E.M., Paula Z., Li W., Skalski T.J.G., Holdcroft S. Poly(bis-arylimidazoliums) possessing high hydroxide ion exchange capacity and high alkaline stability. Nature Communications, 2019, v. 10, no. 1, art. 2306.
19. Hugar K.M., You W., Coates G.W. Protocol for the quantitative assessment of organic cation stability for polymer electrolytes. ACS Energy Letters, 2019, v. 4, no. 7, pp. 1681 – 1686.
20. Zhang B., Gu S., Wang J., Liu Y., Herring A.M., Yan Y. Tertiary sulfonium as a cationic functional group for hydroxide exchange membranes. RSC Advances, 2012, v. 2, no. 33, art. 12683 – 12685.
21. Noonan K.J.T., Hugar K.M., Kostalik H.A., Lobkovsky E.B., Abruña H.D., Coates G.W. Phosphonium-Functionalized Polyethylene: A New class of base-stable alkaline anion exchange membranes. Journal of the American Chemical Society, 2012, v. 134, no. 44, pp. 18161 – 18164.
22. Zhang B., Kaspar R.B., Gu S., Wang J., Zhuang Z., Yan Y. A New Alkali-Stable Phosphonium cation based on fundamental understanding of degradation mechanisms. ChemSusChem, 2016, v. 9, no. 17, pp. 2374 – 2379.
23. Zha Y., Disabb-Miller M.L., Johnson Z.D., Hickner M.A., Tew G.N. Metal-cation-based anion exchange membranes. Journal of the American Chemical Society, 2012, v. 134, no. 10, pp. 4493 – 4496.
24. Zhu T., Sha Y., Adabi Firouzjaie H., Peng X., Cha Y., Dissanayake D.M.M.M., Tang C. Rational synthesis of metallo-cations toward redox- and alkaline-stable metallo-polyelectrolytes. Journal of the American Chemical Society, 2020, v. 142, no. 2, pp. 1083 – 1089.
25. Chen N., Zhu H., Chu Y., Li R., Liu Y., Wang F. Cobaltocenium-containing polybenzimidazole polymers for alkaline anion exchange membrane applications. Polymer Chemistry, 2017, v. 8, no. 8, pp. 1381 – 1392.
26. Вацуро К.В., Мищенко Г.Л. Именные реакции в органической химии. Москва. Изд. “Химия”, 1976, 528 с. / Vatsuro K.V., Mishchenko G.L. Imennyye reaktsii v organicheskoy khimii [Nominal reactions in organic chemistry]. Moscow, “Chemistry” Publ., 1976, 528 p. (In Russ.).
27. Ли Дж. Дж. Именные реакции: механизмы органических реакций. Москва. Изд. БИНОМ. Лаб. знаний, 2006, 455 с. / Li J.J. Name Reactions. A Collection of detailed reaction mechanisms. Second edition. Springer, 2003, 465 p.
28. https://www.hydrogenics.com
29. Godula-Jopek A. Hydrogen production by electrolysis. Germany, Weinheim, Wiley-VCH Verlag GmbH&Co., 2015, 425 p.
30. https://hydro.com
31. https://mcphy.com
32. https://www.agfa.com/specialty-products/solutions/membranes/separator-membranes-for-alkaline-electrolysis/
33. Vermeiren Ph., Adriansens W., Moreels J.P., Leysen R. The composite zirfon® separator for alkaline water electrolysis. Hydrogen Power: Theoretical and Engineering Solutions, 1998, pp. 179 – 184.
34. Vermeiren Ph., Adriansens W., Moreels J.P., Leysen R. Evaluation of the zirfon® separator for use in alkaline water electrolysis and Ni-H2 batteries. Int. J. Hydrogen Energy. 1998. v. 23, № 5, pp. 321 – 324.
35. Кулешов Н.В., Терентьев А.А., Кулешов В.Н. Способ изготовления мембраны для электролитического разложения воды. Патент РФ RU2322460C1. Заявл.: 16.10.2014. Опубл. 10.09.2015. Бюл. № 25. / Kuleshov N.V., Kuleshov V.N., Dovbysh S.A., Grigor’ev S.A., Jashtulov N.A. Method of making electrode-diaphragm unit for alkaline water electrolysis cell [A method for manufacturing a membrane for the electrolytic decomposition of water]. Patent of RF no. RU2322460C1. Declared 16.10.2014. Published 10.09.2015. Bull. No 25. (In Russ.).
36. Burnat D., Schlupp M., Wichser A., Lothenbach B., et al. Composite membranes for alkaline electrolysis based on polysulfone and mineral fillers. J. Power Sources., 2015. v. 291. pp. 163 – 172.
37. Lee H.I., Mehdi M., Kim S.K., Cho H.S., Kim M.J., Cho W.C., Kim C.H. Advanced Zirfon-type porous separator for a high-rate alkaline electrolyser operating in a dynamic mode. Journal of Membrane Science, 2020, art. 118541.
38. Tang Y., Lin Y., Ford D.M., Qian X., et al. A review on models and simulations of membrane formation via phase inversion processes. Journal of Membrane Science, 2021, v. 640, art. 119810.
39. Kim S., Han J.H., Yuk J., Kim S., et al. Highly selective porous separator with thin skin layer for alkaline water electrolysis. J. Power Sources, 2022, v. 524, art. 231059.
40. Lee H.I., Dung D.T., Kim J., Pak J.H., Kim S. K., Cho H.S., Kim C.H. The synthesis of a Zirfon-type porous separator with reduced gas crossover for alkaline electrolyzer. International Journal of Energy Research, 2020, v. 44, pp. 1875 – 1885.
41. Кулешов Н.В., Кулешов В.Н., Довбыш С.А., Удрис Е.Я., Григорьев С.А., Славнов Ю.А., Корнеева Л.А. Полимерные композитные диафрагмы для электролиза воды со щелочным электролитом. Журнал прикладной химии, 2016, т. 89, № 4, с. 505 – 509. / Kuleshov N.V., Kuleshov V.N., Dovbysh S.A., Udris E.Y., Grigor’ev S.A., Slavnov Y.A., Korneeva L.A. Polymeric composite diaphragms for water electrolysis with alkaline electrolyte. Russian Journal of Applied Chemistry, 2016, v. 89, no. 4, pp. 618 – 621. (In Russ.)
42. Кулешов Н.В., Кулешов В.Н., Довбыш С.А., Курочкин С.В., Удрис Е.Я., Славнов Ю.А. Полимерные диафрагмы на основе полисульфона для электрохимических устройств со щелочным. Журнал прикладной химии, 2018, т. 91, № 6, с. 802 – 805. / Kuleshov N.V., Kuleshov V.N., Dovbysh S.A., Kurochkin S.V., Udris E.Y., Slavnov Y.A. Polysulfone-based polymeric diaphragms for electrochemical devices with alkaline electrolyte. Russian Journal of Applied Chemistry, 2018, v. 91, pp. 930 – 933. (In Russ.)
43. Huang C., Tang Z., Zhang Z. Differences between Zirconium Hydroxide (Zr(OH)4 nH2O) and Hydrous Zirconia (ZrO2·nH2O). Journal of the American Ceramic Society, 2001, v. 84, no. 7, pp. 1637 – 1638.
44. Moeller T. The Chemical Behavior of Zirconium. J. Am. Chem. Soc., 1959, v. 81, no. 17, p. 4759.
45. Haendler H.M., Bartram S.F., Becker R.S., Bernard W.J., Bukata S.W. The Reaction of fluorine with titanium, zirconium and the oxides of titanium (IV), zirconium (IV) and vanadium (V). Journal of the American Chemical Society, 1954, v. 76, no. 8, pp. 2177 – 2178.
46. Kraus K.A., Phillips P. Anion Exchange Studies. XIX. Anion exchange properties of hydrous zirconium oxide. J. Am. Chem. Soc., 1956, v. 78, no. 1, p. 249.
47. Kuleshov V.N., Kuleshov N.V., Kurochkin S.V., Fedotov A.A., Sleptsova E.E., Blinov D.V., Gavriluk A.A., Zhmurko I.E. Water electrolyzer for renewable energy systems. E3S Web of Conferences, 2021, v. 289, art. 05004.
48. Kuleshov V.N., Kuleshov N.V., Dovbysh S.A., Kurochkin S.V., Slavnov Yu.A. High-pressure alkaline water electrolyzer for renewable energy storage systems. Conference Paper, Proc. of 3rd Renewable Energies, Power Systems & Green Inclusive Economy (REPS-GIE) Conf., Casablanca, Morocco, 23-24 April 2018. IEEE, 2018. DOI: 10.1109/REPSGIE.2018.8488805.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Влияние армирования TiC и TiB2 на свойства и структуру алюминиевого сплава АМг2

Ю. В. Шерина, А. Р. Луц, А. Д. Качура

Исследовано влияние вида армирующей фазы на структуру и свойства алюмоматричного композиционного материала (АМКМ), полученного методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в расплаве. В качестве армирующих фаз были использованы карбид титана и диборид титана. В процессе экспериментального синтеза СВС в расплаве были получены композиционные материалы АМг2 – 10 масс. % TiC и АМг2 – 10 масс. % TiB2. Исследована микроструктура, проведены микрорентгеноспектральный и рентгенофазовый анализы, по результатам которых выявлено, что применяемая технология приводит к формированию целевой фазы TiC в композите АМг2 – 10 % TiC и фаз TiB2, Al3Ti в композите АМг2 – 10 % TiB2. Оценены физико-механические характеристики синтезированных образцах композиционных материалов: твердость, пористость и электропроводность. Твердость АМКМ, полученного методом СВС на основе промышленного сплава АМг2, армированного карбидом титана, выше твердости АМКМ, армированного диборидом титана на 44 МПа, а пористость композита АМг2 – 10 % TiC ниже пористости композита АМг2 – 10 % TiB2 на 6 %. Показано влияние термической обработки на физико-механические свойства композиционных материалов АМг2 – 10 % TiC и АМг2 – 10 % TiB2. Проведение дополнительного нагрева приводит к повышению значений твердости композиционных материалов, а также к падению пористости. По результатам исследований в качестве армирующей фазы рекомендовано применение карбида титана.

Ключевые слова: алюминий, карбид титана, диборид титана, композит, самораспространяющийся высокотемпературный синтез.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-23-32
Шерина Юлия Владимировна — ФГБОУ ВО “Самарский государственный технический университет” (443100, Самара, ул. Молодогвардейская 244), аспирант. E-mail: yulya.makhonina.97@inbox.ru.
Луц Альфия Расимовна — ФГБОУ ВО “Самарский государственный технический университет” (443100, Самара, ул. Молодогвардейская 244), кандидат технических наук, доцент, специалист в области самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в расплаве, для получения алюмоматричных композитов. E-mail: alya_luts@mail.ru.
Качура Андрей Дмитриевич — ФГБОУ ВО “Самарский государственный технический университет” (443100, Самара, ул. Молодогвардейская 244), магистр. E-mail: ruw223@mail.ru.
Ссылка на статью:
Шерина Ю.В., Луц А.Р., Качура А.Д. Влияние армирования TiC и TiB2 на свойства и структуру алюминиевого сплава АМг2. Перспективные материалы, 2024, № 3, с. 23 – 32. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-23-32
Литература содержит 20 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Шерина Ю.В., Луц А.Р., Качура А.Д. Влияние армирования TiC и TiB2 на свойства и структуру алюминиевого сплава АМг2. Перспективные материалы, 2024, № 3, с. 23 – 32. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-23-32
1. Birol Y. Grain refining efficiently of Al–Ti–C alloys. Journal of Alloys and Compounds, 2006, v. 422, pp. 128 – 131.
2. Ding H., Liu X., Yu L., Zhao G. The influence of forming processes on the distribution and morphologies of TiC in Al–Ti–C master alloys. Scripta Materialia, 2007, v. 57, pp. 575 – 578.
3. Луц А.Р, Макаренко А.Г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез алюминиевых сплавов. Самара: Машиностроение, СамГТУ, 2008, 175 с. / Luts A.R. Makarenko A.G. Samorasprostranyayu­shchijsya vysokotemperaturnyj sintez alyuminievyh splavov [Self-propagating high-temperature synthesis of aluminum alloys]. Samara: Mashinostroenie, SamGTU, 2008, 175 p. (In Russ.).
4. Михеев Р.С., Калашников И.Е., Кобелева Л.И., Чернышова Т.А. Разработка композиционных материалов системы Al-Ti-TiC. Физика и химия обработки материалов, 2009, № 3, c. 85 – 90. / Miheev R.S., Kalashnikov I.E., Kobeleva L.I., Chernyshova T.A. Razrabotka kompozicionnyh materialov sistemy Al-Ti-TiC [Development of composite materials of the Al-Ti-TiC system]. Fizika i himiya obrabotki materialov [Physics and chemistry of material processing], 2009, № 3, pp. 85 – 90. (In Russ.).
5. Попова Э.А., Долматов А.В., Бодрова Л.Е. и др. Анализ модифицирующей способности лигатур Al-Ti и Al-Ti-C разного типа. Расплавы, 2009, № 5, c. 3 – 9. / Popova E.A., Dolmatov A.V., Bodrova L.E. et al. Analiz modificiruyushchej sposobnosti ligatur Al-Ti i Al-Ti-C raznogo tipa [Analysis of the modifying ability of Al-Ti and Al-Ti-C master alloys of various types]. Rasplavy [Melts], 2009, № 5, pp. 3 – 9. (In Russ.).
6. Кандалова Е.Г., Никитин В.И., Макаренко A.Г., Ли Пыцзе. In situ технологии получения композита Al-TiC. Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки, 2005, № 32, c. 95 – 101. / Kandalova E.G., Nikitin V.I., Makarenko A.G., Li Pycze. In situ tekhnologii polucheniya kompozita Al-TiC [In situ Al-TiC Composite Production Technologies]. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: Tekhnicheskie nauki [Bulletin of the Samara State Technical University. Series: Engineering sciences], 2005, № 32, pp. 95 – 101. (In Russ.).
7. Пантелеева А.В. Модифицирование алюминия упрочняющими фазами TiB2 и TiC методом СВС в расплаве. Труды XI Всероссийской школы-конференции молодых ученых “КоМУ-2018”. Химическая физика и мезоскопия, 2019, т. 21, № 1. с. 65 – 69. / Panteleeva A.V. Modificirovanie alyuminiya uprochnyayushchimi fazami TiB2 i TiC metodom SVS v rasplave [Modification of aluminum with strengthening phases TiB2 and TiC by SHS in melt]. Trudy XI Vserossijskoj shkoly-konferencii molodyh uchenyh “KoMU-2018”. Himicheskaya fizika i mezoskopiya [Proceedings of the XI All-Russian school-conference of young scientists “KoMU-2018”. Chemical physics and mesoscopy], 2019, v. 21, no. 1, pp. 65 – 69. (In Russ.).
8. Sai Chaitanya Kishore D., Prahlada Rao K., Mahamani A. Investigation of cutting force, surface roughness and flank wear in turning of in situ Al6061-TiC metal matrix composite. Procedia Mater. Sci., 2014. v. 6, pp. 1040 – 1050.
9. Kareem A., Qudeiri J.A., Abdudeen A., Ahammed T., Ziout A. A Review on AA 6061 metal matrix composites produced by stir casting. Materials, 2021, no. 14 (175), pp. 897 – 905.
10. Krishna Prasad S., Dayanand S., Rajesh M., Nagaral M., Auradi V., Selvaraj R. Preparation and mechanical characterization of TiC particles reinforced Al7075 alloy. Advances in Materials Science and Engineering, 2022, v. 22, pp. 11 – 15.
11. Hashim J. The production of cast metal matrix composite by a modified stir casting method. Jurnal Teknologi, 2001, no. 35(A), pp. 9 – 20.
12. Contreras А, Angeles-Chávez C., Flores O., Perez R. Structural, morphological and interfacial characterization of Al–Mg/TiC composites. Materials Characterization, 2007, no. 58, pp. 685 – 693.
13. Shu S., Lu J, Qiu F., Xuan Q., Jiang Q. Effects of alloy elements (Mg, Zn, Sn) on the microstructures and compression properties of high-volume-fraction TiCx/Al composites. Scripta Materialia, 2010, no. 63, pp. 1209 – 1211.
14. Nabawy A. M., Chen X.-G. Fabrication of Al-TiB2 nanocomposites by flux-assisted melt stirring. Metallurgical and Materials Transactions B, 2015, no. 46(4), pp. 1596 – 1602.
15. Yuyong Chen, D. D. L. Chung. In situ AI-TiB composite obtained by stir casting. Journal of Materials Science, 1996, v. 31, pp. 311 – 315.
16. Yadav D., Bauri R. Friction stir processing of Al-TiB2 in situ composite: Effect on particle distribution, microstructure and properties. Journal of Materials Engineering and Performance, 2015, v. 24(3), pp. 1116 – 1124.
17. Джа А., Кэннон С.М., Дометакис К., Трот Э. Металлические композиционные материалы на основе алюминиевых сплавов, армированных керами­ческими частицами TiB2. Патент № 2159823 РФ, С2, заявл. 23.03.1996, опубл. 27.11.2000, РСТ ЕР96/01290. Публ. РСТ WО096/30550 (03.10.1996). / Dzha A., Ke`nnon S.M., Dometakis K., Trot E`. Metallicheskie kompozicionny`e materialy` na osnove alyuminievy`x splavov, armirovanny`x keramicheskimi chasticzami TiB2 [Metal composite materials based on aluminum alloys reinforced with ceramic particles TiB2]. Patent № 2159823 RF, S2, zayavl. 23.03.1996, publ. 27.11.2000, RST ER96/01290. Publ. RST WO096/30550 (03.10.1996). GMBX (DE)
18. Ширяев А.В., Петрова Е.А. Инструкция по программе “TНERMO”. М.: ИСМРАН, 1995, 36 с. / Shiryaev A.V., Petrova E.A. Instrukciya po programme “TNERMO” [Instructions for the program “THERMO”]. Moscow, ISMRAN Publ., 1995, 36 p. (In Russ.).
19. Шерина Ю.В., Луц А.Р., Амосов А.П. Исследование влияния вида и количества флюса на процесс СВС композиционного материала АМг2-10%TiC. Информационно-технологический вестник, 2022, № 2(32), c. 131 – 139. / Sherina Yu.V., Luc A.R., Amosov A.P. Issledovanie vliyaniya vida i kolichestva flyusa na process SVS kompozicionnogo materiala AMg2-10%TiC [Investigation of the effect of the type and amount of flux on the process of SHS composite material AMg2-10%TiC]. Informacionno-tekhnologicheskij vestnik [Information technology bulletin], 2022, № 2(32), pp. 131 – 139. (In Russ.).
20. Шерина Ю.В., Луц А.Р., Амосов А.П., Качура А.Д. Влияние термической обработки на структуру и свойства композиционного материала АМг2-10%TiC, полученного методом самораспространяющегося высоко­температурного синтеза. Сборник мате­риалов VI Всероссийской научно-практической конференции c международным участием “Инновационные технологии в материаловедении и машиностроении” (ИТММ-2022). г. Пермь, 10 – 14 октября 2022. г. Пермь, Изд. ПНИПУ, 2022,
c. 363 – 367. / Sherina Yг.V., Luc A.R., Amosov A.P., Kachura A.D. Vliyanie termicheskoj obrabotki na strukturu i svojstva kompozicionnogo materiala AMg2 – 10 % TiC, poluchennogo metodom samo­ras­pro­stranyayushchegosya vysokotem­peraturnogo sinteza [Influence of heat treatment on the structure and properties of the AMg2 – 10 % TiC composite material obtained by the method of self-propagating high-temperature synthesis]. Sbornik materialov VI Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii c mezhdunarodnym uchastiem “Innovacionnye tekhnologii v materialovedenii i mashinostroenii” (ITMM-2022) [Collection of materials of the VI All-Russian scientific and practical conference with international participation “Innovative technologies in Materials Science and Mechanical Engineering” (ITM-2022)]. October 10 – 14, 2022, Perm. Perm’, PNIPU Publ., 2022, pp. 363 – 367. (In Russ.).
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Зависимость плотности, твердости, прочности и размеров образцов твердого
сплава WC – 15 Co от содержания пластификатора в заготовках, полученных
при использовании пластиковой пресс-формы, изготовленной методом 3D-печати

М. И. Дворник, Е. А. Михайленко, А. А. Бурков, Д. А. Кользун

Исследовано влияние содержания пластификатора (каучук) на плотность, микроструктуру и свойства образцов сплава WC – 15 Co, полученных с применением пластиковой пресс-формы, изготовленной с помощью аддитивных технологий. Опытным путем установлено, что в пресс-формах из полилактида прочностью 70 МПа можно прессовать заготовки при давлении до 120 МПа. Увеличение концентрации пластификатора с 1 до 4 масс. % ведет к повышению плотности заготовок с 61 до 90 % после прессования и уменьшению плотности образцов с 99,5 % до 99,3 % после спекания. Это на 0,3 – 0,6 % меньше плотности изделий, полученных после прессования в стальной пресс-форме при давлении 210 МПа. Отклонения в плотности не влияют на микроструктуру и твердость полученных образцов, которая составляет 1140 – 1170 HV. Из-за меньшей плотности и наличия отдельных крупных пор длиной до 100 мкм прочность изделий, полученных с применением пластиковой пресс-формы (1550 – 1980 МПа), оказалась ниже прочности изделий, полученных с помощью стальной пресс-формы (2230 – 2430 МПа). Тем не менее, плотность заготовок и полученных твёрдосплавных образцов оказалась значительно выше плотности и твердости образцов, получаемых с помощью существующих аддитивных технологий.

Ключевые слова: твердые сплавы, аддитивные технологии, прессование, спекание, твердость.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-33-44
Дворник Максим Иванович — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук Институт Материаловедения Дальневосточного отделения Российской академии наук (680042, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 153), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области порошковой металлургии, материаловедения. E-mail: maxxxx80@mail.ru.
Михайленко Елена Альбертовна — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук, Институт Материаловедения Дальневосточного отделения Российской академии наук (680042, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 153), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области материаловедения. E-mail: mea80@list.ru.
Бурков Александр Анатольевич — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук Институт Материаловедения Дальневосточного отделения Российской академии наук (680042, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 153) кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник. E-mail: burkovalex@mail.ru.
Кользун Дмитрий Александрович — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук Институт Материаловедения Дальневосточного отделения Российской академии (680042, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 153), лаборант. E-mail: kolzund@gmail.com.
Ссылка на статью:
Дворник М.И., Михайленко Е.А., Бурков А.А., Кользун Д.А. Зависимость плотности, твердости, прочности и размеров образцов твердого сплава WC – 15 Co от содержания пластификатора в заготовках, полученных при использовании пластиковой пресс-формы, изготовленной методом 3D-печати. Перспективные материалы, 2024, № 3, с. 33 – 44. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-33-44
Литература содержит 43 ссылки.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Дворник М.И., Михайленко Е.А., Бурков А.А., Кользун Д.А. Зависимость плотности, твердости, прочности и размеров образцов твердого сплава WC – 15 Co от содержания пластификатора в заготовках, полученных при использовании пластиковой пресс-формы, изготовленной методом 3D-печати. Перспективные материалы, 2024, № 3, с. 33 – 44. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-33-44
1. Mari D., Miguel L., Nebel С.E. Comprehensive hard materials. Elsevier, 2014, 1806 p.
2. Konyashin I., Ries B. Cemented carbides. Elsevier, 2022, 392 p.
3. Анисименко Г.Е., Лопатин Ю.М. Новые твердые сплавы для сменных многогранных пластин. Обработка металлов: технология, оборудование, инструменты, 2008, № 4 (41), с. 25 – 33. / Anisimenko G.E., Lopatin Yu.M. Novye tverdye splavy dlya smennyh mnogogrannyh plastin. [New hard alloys for reversible cutting plates]. Obrabotka metallov: tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty [Metal processing: technology, equipment, tools], 2008, no. 4 (41), pp. 25 – 33. (In Russ).
4. Благовещенский Ю.В., Исаева Н.В., Мельник Ю.И., Благовещенская Н.В., Чувильдеев В.Н., Москвичева А.В., Сахаров Н.В., Болдин М.С. Консолидация нанопорошков WC-Co различными методами. Перспективные материалы, 2011, № S13, с. 92 – 99. / Blagoveshhenskij Yu.V., Isaeva N.V., Melnik Yu.I., Blagoveshhenskaya N.V., Chuvildeyev V.N., Moskvicheva A.V., Saxarov N.V., Boldin M.S. Konsolidaciya nanoporoshkov WC-Co razlichny`mi metodami [Consolidation of WC-Co nanopowders by various methods]. Perspektivnye materialy [Advanсed materials], 2011, № S13, pp. 92 – 99. (In Russ).
5. Благовещенский Ю.В., Исаева Н.В., Благовещенская Н.В., Мельник Ю.И., Чувильдеев В.Н., Нохрин А.В., Сахаров Н.В., Болдин М.С., Смирнова Е.С., Шотин С.В., Левинский Ю.В., Вольдман Г.М. Методы компактирования наноструктурных вольфрам-кобаль­товых сплавов из нанопорошков, полу­ченных методом плазмохимического синтеза. Перспективные материалы, 2015, № 1, с. 5 – 21. / Blagoveshchenskiy Y.V., Isayeva N.V., Blagoveshchenskaya N.V., Melnik Y.I., Chuvildeyev V.N., Nokhrin A.V., Smirnov Ye.S., Shotin S.V., Levinsky Yu.V., Voldman G.M. Methods of compacting nanostructured tungsten–cobalt alloys from nanopowders obtained by plasma chemical synthesis. Inorganic materials: applied research, 2015, no. 5, pp. 415 – 426. (In Russ).
6. Yang Y., Zhang С., Wang D., Nie L., Wellmann D., Tian Y. Additive manufacturing of WC-Co hardmetals: a review. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2020, v. 108, no. 5 – 6, pp. 1653-1673.
7. Aramian A., Razavi S. M. J., Sadeghian Z., Berto F. A review of additive manufacturing of cermets. Additive Manufacturing, 2020, v. 33. art. 101130.
8. Логачева А.И., Сентюрина Ж.А., Логачев И.А. Аддитивные технологии производства ответствен­ных изделий из металлов и сплавов (обзор). Перспективные материалы, 2015. № 5, с. 5 – 15. / Logacheva A.I., Sentyurina Z.A., Logachev I.A. Additivnye tekhnologii proizvodstva otvetstvennyh izdelij iz metallov i splavov [Additive manufacturing technology responsible products from metals and alloys]. Perspektivnye materialy [Advanced materials], 2015, № 5, pp. 5 – 15. (In Russ).
9. Chen J., Huang M.J., Fang Z.Z., Koopman M., Liu W., Deng X., Zhao Z., Chen S.H., Wu S.H., Liu J.Y.,
Qi W.J., Wang Z.P. Microstructure analysis of high density WC-Co composite prepared by one step selective laser melting. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2019, v. 84. art. 104980.
10. Li С.W., Chang K.С., Yeh A.С. On the microstructure and properties of an advanced cemented carbide system processed by selective laser melting. Journal of Alloys and Compounds, 2019, v. 782, pp. 440 – 450.
11. Gu D.D., Meiners W. Microstructure characteristics and formation mechanisms of in situ WC cemented carbide based hardmetals prepared by selective laser melting. Materials Science and Engineering A. Structural Materials: Properties Microstructure and Processing, 2010, v. 527, no. 29 – 30, pp. 7585 – 7592.
12. Domashenkov A., Borbely A., Smurov I. Structural modifications of WC/Co nanophased and conventional powders processed by selective laser melting. Materials and Manufacturing Processes, 2017, v. 32, no. 1, pp. 93 – 100.
13. Fortunato A., Valli G., Liverani E., Ascari A. Additive manufacturing of WC-Co cutting tools for gear production. Lasers in Manufacturing and Materials Processing, 2019, v. 6, no. 3, pp. 247 – 262.
14. Khmyrov R.S., Shevchukov A.P., Gusarov A.V., Tarasova T.V. Phase composition and microstructure of WC-Co alloys obtained by selective laser melting. Mechanics & Industry, 2017, v. 18, no. 7, art. 714.
15. Khmyrov R. S., Safronov V. A., Gusarov A. V. Obtaining crack-free WC-Co alloys by selective laser melting. Laser Assisted Net Shape Engineering (Lane 2016) — 9 International Conference on Photonic Technologies Proceedings of the. Physics Procedia, 2016, v. 83, pp. 874 – 881.
16. Grigoriev S., Tarasova T., Gusarov A., Khmyrov R., Egorov S. Possibilities of manufacturing products from cermet compositions using nanoscale powders by additive manufacturing methods. Materials, 2019, v. 12, no. 20, art. 3425.
17. Khmyrov R.S., Safronov V.A., Gusarov A.V. Synthesis of nanostructured WC – Co hardmetal by selective laser melting. Iutam Symposium on Growing Solids, June 23-27, 2015, Moscow, Russia. Procedia IUTAM, 2017, v. 23, pp. 114 – 119.
18. Uhlmann E., Bergmann A., Bolz R. Manufacturing of carbide tools by selective laser melting. 15th Global Conference on Sustainable Manufacturing (GCSM). Procedia Manufacturing, 2018, v. 21, pp. 765 – 773.
19. Bricin D., Kriz A. Processability of WC-Co powder mixtures using SLM additive technology. MM Science Journal, June 2019, pp. 2939 – 2945.
20. Uhlmann E., Bergmann A., Gridin W. Investigation on additive manufacturing of tungsten carbide-cobalt by selective laser melting. 15th Machining Innovations Conference for Aerospace Industry (MIC). Germany, Garbsen, 2015. Procedia CIRP, 2015, v. 35, pp. 8 – 15.
21. Ku N., Pittari J.J., Kilczewski S., Kudzal A. Additive manufacturing of cemented tungsten carbide with a cobalt-free alloy binder by selective laser melting for high-hardness applications. JOM: the journal of the Minerals, Metals & Materials Society, 2019, v. 71, no. 4, pp. 1535 – 1542.
22. Campanelli S.L., Contuzzi N., Posa P., Angelastro A. Printability and microstructure of selective laser melting of WC/Co/Cr powder. Materials, 2019, v. 12, no. 15, art. 2397.
23. Padmakumar M. Additive manufacturing of tungsten carbide hardmetal parts by selective laser melting (SLM), selective laser sintering (SLS) and binder jet 3D printing (BJ3DP) techniques. Lasers Manuf. Mater. Process, 2020, v. 7, pp. 338 – 371.
24. Konyashin I., Hinners H., Ries B., Kirchner A., Kloden B., Kieback B., Nilen R. W. N., Sidorenko D. Additive manufacturing of WC-13%Co by selective electron beam melting: Achievements and challenges. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2019, v. 84, art. 105028.
25. Chen H.Y., Gu D.D., Kosiba K., Lu T.W., Deng L., Xi L.X., Kuhn U. Achieving high strength and high ductility in WC-reinforced iron-based composites by laser additive manufacturing. Additive Manufacturing, 2020, v. 35, art. 101195.
26. Mostafaei A., De Vecchis P.R., Kimes K.A., Elhassid D., Chmielus M. Effect of binder saturation and drying time on microstructure and resulting properties of sinter-HIP binder-jet 3D-printed WC-Co composites. Additive Manufacturing, 2021, v. 46, art. 102128.
27. Xu Z.K., Meenashisundaram G.K., Ng F.L. High-density WC-45Cr-18Ni cemented hard metal fabricated with binder jetting additive manufacturing. Virtual and Physical Prototyping, 2022, v. 17, no. 1, pp. 92 – 104.
28. Mariani M., Goncharov I., Mariani D., De Gaudenzi G. P., Popovich A., Lecis N., Vedani M. Mechanical and microstructural characterization of WC-Co consolidated by binder jetting additive manufacturing. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2021, v. 100, art. 105639.
29. Cramer С.L., Wieber N.R., Aguirre T.G., Lowden R.A., Elliott A.M. Shape retention and infiltration height in complex WC-Co parts made via binder jet of WC with subsequent Co melt infiltration. Additive Manufacturing, 2019, v. 29, art. 100828.
30. Cramer С.L., Nandwana P., Lowden R.A., Elliott A.M. Infiltration studies of additive manufacture of WC with Co using binder jetting and pressureless melt method. Additive Manufacturing, 2019, v. 28, pp. 333 – 343.
31. Enneti R.K., Prough K.С., Wolfe T.A., Klein A., Studley N., Trasorras J.L. Sintering of WC-12%Co processed by binder jet 3D printing (BJ3DP) technology. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2018, v. 71, pp. 28 – 35.
32. Enneti R.K., Prough K.С. Wear properties of sintered WC-12%Co processed via binder jet 3D printing (BJ3DP). International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2019, v. 78, pp. 228 – 232.
33. Lengauer W., Duretek I., Fuerst M., Schwarz V., Gonzalez-Gutierrez J., Schuschnigg S., Kukla С., Kitzmantel M., Neubauer E., Lieberwirth С., Morrison V. Fabrication and properties of extrusion-based 3D-printed hardmetal and cermet components. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2019, v. 82, pp. 141 – 149.
34. Carreno-Morelli E., Alveen P., Moseley S., Rodriguez-Arbaizar M., Cardoso K. Three-dimensional printing of hard materials. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2020, v. 87, art. 105110.
35. Zhang X.Y., Guo Z.M., Chen С.G., Yang W.W. Additive manufacturing of WC-20Co components by 3D gel-printing. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2018, v. 70, pp. 215 – 223.
36. Kim H., Kim J. I., Ryu S.S., Jeong H. Cast WC-Co alloy-based tool manufacturing using a polymeric mold prepared via digital light processing 3D printing. Materials Letters, 2022, v. 306, art. 130979.
37. Zhao Z.С., Li X.H., Zhang Y., He С.W., Zhang X.X., Liu H.Y., Yan Q.Z. Fabrication and mechanical properties of large-scale SiC impeller via vacuum gelcasting and pressureless sintering. International Journal of Applied Ceramic Technology, 2020, v. 17, no. 4, pp. 1713 – 1722.
38. Liu K., Zhou С.Y., Chen F.J., Sun H.J., Zhang K. Fabrication of complicated ceramic parts by gelcasting based on additive manufactured acetone-soluble plastic mold. Ceramics International, 2020, v. 46, no. 16, pp. 25220 – 25229.
39. Montanaro L., Coppola B., Palmero P., Tulliani J.M. A review on aqueous gelcasting: A versatile and low-toxic technique to shape ceramics. Ceramics International, 2019, v. 45, no. 7, pp. 9653 – 9673.
40. Chen F.J., Liu K., Sun H.J., Shui Z.H., Liu С., Chen J.Q., Shi Y.S. Fabrication of complicated silicon carbide ceramic components using combined 3D printing with gelcasting. Ceramics International, 2018, v. 44, no. 1, pp. 254 – 260.
41. Hong J.H., Yu T., Chen Z.X., Park S.J., Kim Y.H. Improvement of flexural strength and compressive strength by heat treatment of PLA filament for 3D-printing. Modern Physics Letters B, 2019, v. 33, no. 14 – 15, art. 1940025.
42. Zhang L., Hu С., Yang Y., Misra R., Kondoh K., Lu Y. Laser powder bed fusion of cemented carbides by developing a new type of Co coated WC composite powder. Additive Manufacturing, 2022, v. 55, art. 102820.
43. Maurya H., Kosiba K., Juhani K., Sergejev F., Prashanth K. Effect of powder bed preheating on the crack formation and microstructure in ceramic matrix composites fabricated by laser powder-bed fusion process. Additive Manufacturing, 2022, v. 58,
art. 103013.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Плазмохимическое модифицирование стеклокремнезита на основе отходов
обогащения железистых кварцитов КМА

В. С. Бессмертный, Н. М. Здоренко, М. А. Бондаренко,
А. В. Черкасов, А. В. Макаров, Н. М. Бурлаков

Исследованы отходы обогащения железистых кварцитов КМА для использования в качестве основного сырьевого материала при получении огненнополированного стеклокремнезита. Изучены закономерности формирования фазового состава стеклокремнезита с образованием кристаллических фаз гематита и гиперстена. Проведены экспериментальные исследования стеклокремнезита методами рентгенофазового, дифференциально-термического анализов и ИК-спектроскопии. Предложен механизм формирования фазового состава стеклокремнезита. Показаны преимущества разработанной технологии по сравнению с аналогами. Установлено, что после плазмохимического модифицирования существенно повышаются такие эксплуатационные показатели лицевой поверхности стеклокремнезита как водостойкость, кислотостойкость, щелочестойкость и твердость.

Ключевые слова: отходы обогащения железистых кварцитов КМА, стеклокремнезит, плазмохимическое модифицирование, эксплуатационные показатели.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-45-54
Бессмертный Василий Степанович — Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, Белгород, ул. Костюкова, 46), доктор технических наук, профессор кафедры Стандартизация и управление качеством, специалист в области плазменного синтеза и плазмохимического модифицирования силикатных материалов. E-mail: vbessmertnyi@mail.ru.
Здоренко Наталья Михайловна — Белгородский университет кооперации, экономики и права (308023, Белгород, ул. Садовая, 116-а), кандидат технических наук, начальник отдела развития бизнес-идей научно-исследовательского центра, специалист в области химического и плазмохимического синтеза органических и неорганических материалов.
Бондаренко Марина Алексеевна — Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, Белгород, ул. Костюкова, 46), старший преподаватель кафедры Защита в чрезвычайных ситуациях, cпециалист в области синтеза композиционных материалов.
Черкасов Андрей Викторович — Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, Белгород, ул. Костюкова, 46), кандидат технических наук, доцент кафедры Технология цемента и композиционных материалов, cпециалист в области вяжущих материалов.
Макаров Алексей Владимирович — Старооскольский технологический институт им. А.А. Угарова (филиал) НИТУ МИСиС (309516, Старый Оскол, микрорайон им. Макаренко, 42), кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой Технологии и оборудование в металлургии и машиностроении
им. В.Б. Крахта. cпециалист в области разработки электродуговых плазмотронов.
Бурлаков Николай Михайлович — Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, Белгород,
ул. Костюкова, 46), ведущий инженер, cпециалист в области эксплуатации электродуговых плазмотронов и плазменной обработки строительных материалов.
Ссылка на статью:
Бессмертный В.С., Здоренко Н.М., Бондаренко М.А., Черкасов А.В., Макаров А.В., Бурлаков Н.М. Плазмохимическое модифицирование стеклокремнезита на основе отходов обогащения железистых кварцитов КМА. Перспективные материалы, 2024, № 3, с. 45 – 54. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-45-54
Литература содержит 16 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Бессмертный В.С., Здоренко Н.М., Бондаренко М.А., Черкасов А.В., Макаров А.В., Бурлаков Н.М. Плазмохимическое модифицирование стеклокремнезита на основе отходов обогащения железистых кварцитов КМА. Перспективные материалы, 2024, № 3, с. 45 – 54. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-45-54
1. Мелконян Р.Г., Макаров Д.В., Суворова О.В. Эколо­гические проблемы использования технического сырья в производстве стекла и керамики. Апатиты: Изд. Кольского научного центра РАН, 2016, 224 с. / Melkonyan R.G., Makarov D.V., Suvorova O.V. Ekologicheskie problemy ispol’zovaniya tekhni­cheskogo syr’ya v proizvodstve stekla i keramiki [Environmental problems of using technical raw materials in the production of glass and ceramics.]. Apatity, Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences Publ., 2016, 224 p. (In Russ.).
2. Макаров В.Н., Крашенинников О.Н., Гуревич Б.И. и др. Строительные и технические материалы из минерального сырья Кольского полуострова. Апатиты: Изд. Кольского научного центра РАН, 2003, ч. 1, 234 с. / Makarov V.N., Krasheninnikov O.N., Gurevich B.I. et al. Stroitel’nye i tekhnicheskie materialy iz mineral’nogo syr’ya Kol’skogo poluostrova [Construction and technical materials from the mineral resources of the Kola Peninsula]. Apatity, Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences Publ., 2003, part 1, 234 p. (In Russ.).
3. Столбушкин А.Ю., Карпачева А.А., Иванов А.И. Стеновые керамические изделия на основе отходов углеобогащения и железосодержащих добавок. Новокузнецк: Изд-во Интер-Кузбасс, 2011, 156 с. / Stolbushkin A.Yu., Karpacheva A.A., Ivanov A.I. Stenovye keramicheskie izdeliya na osnove othodov ugleobogashcheniya i zhelezosoderzhashchih dobavok [Ceramic wall products based on carbon enrichment waste and iron-containing additives]. Novokuznetsk, Publishing house Inter-Kuzbass, 2011, 156 p. (In Russ.).
4. Суворов О.В. Мелконян Р.Г., Макаров Д.В. Возможности и перспективы использования отходов горнопромышленного комплекса для получения стекла и стеклокристаллических материалов. Экология промышленного производства, 2011, № 1, c. 54 – 60. / Suvorov O.V. Melkonyan R.G., Makarov D.V. Vozmozhnosti i perspektivy ispol’zovaniya othodov gornopromyshlennogo kompleksa dlya polucheniya stekla i steklokristallicheskih materialov [The possibilities and prospects of using waste from the mining industry to produce glass and glass-crystalline materials.]. Ekologiya promyshlennogo proizvodstva [Ecology of industrial production], 2011, no. 1, pp. 54 – 60. (In Russ.).
5. Казьмина О.В., Верещагин В.И., Абияка А.Н. Пено­кристаллические материалы на основе природного и техногенного сырья. Томск: Изд-во ТПУ, 2014, 246 с. / Kaz`mina O.V., Vereshhagin V.I., Abiyaka A.N. Penokristallicheskie materialy na osnove prirodnogo i tekhnogennogo syr’ya [Foam-crystalline materials based on natural and man-made raw materials]. Tomsk, TPU Publ., 2014, 246 p. (In Russ.).
6. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Строительные материалы из отходов промышленности. Ростов-на-Дону: Изд-во Феникс, 2007, 368 с. / Dvorkin L.I., Dvorkin O.L. Stroitel’nye materialy iz othodov promyshlennosti [Construction materials from industrial waste]. Rostov-on-Don, Phoenix Publ., 2007, 368 p. (In Russ.).
7. Русина В.В. Минеральные вяжущие вещества на основе многотоннажных промышленных отходов. Братск, БрГУ, 2007, 224 с. / Rusina V.V. Mineral’nye vyazhushchie veshchestva na osnove mnogotonnazhnyh promyshlennyh othodov [Mineral binders based on high-tonnage industrial waste]. Bratsk, BrSU Publ., 2007, 224 p. (In Russ.).
8. Котенко Е.А., Морозов В.А., Анасимов В.Н., Кушнеренко В.К. Геоэкологические проблемы эксплуатации горнометаллургического комплекса КМА. Горная промышленность, 2003, № 2, c. 12 – 16. / Kotenko E.A., Morozov V.A., Anasimov V.N., Kushnerenko V.K. Geoekologicheskie problemy ekspluatacii gornometallurgicheskogo kompleksa KMA [Geoecological problems of operation of the KMA mining and metallurgical complex]. Gornaya promyshlennost’ [Mining Industry], 2003, no. 2, pp. 12 – 16. (In Russ.).
9. Минько Н.И., Морозова И.И. Использование вто­ричного и неконденсированного сырья в технологии стекломатериалов строительного назначения. Вестник отделения строительных наук российской академии архитектуры и строительных наук, 2014, № 13, c. 42 – 49. / Min’ko N.I., Morozova I.I. Ispol’zovanie vtorichnogo i nekondensirovannogo syr’ya v tekhnologii steklo­materialov stroitel’nogo naznacheniya [The use of secondary and non-condensed raw materials in the technology of glass materials for construction purposes]. Vestnik otdeleniya stroitel’nyh nauk rossijskoj akademii arhitektury i stroitel’nyh nauk [Bulletin of the Department of Building Sciences of the Russian Academy of Architecture and Building Sciences], 2014, no. 13, pp. 42 – 49. (In Russ.).
10. Бессмертный В.С., Бондаренко Н.И., Бондаренко Д.О. и др. Плазменные технологии в производстве стекла. Стекло и керамика, 2019, № 7, c. 3 – 7. / Bessmertny’j V.S., Bondarenko N.I., Bondarenko D.O. et al. Plazmennye tekhnologii v proizvodstve stekla [Plasma technologies in glass production]. Steklo i keramika [Glass and ceramics], 2019, no. 7, pp. 3 – 7. (In Russ.).
11. Волокитин Г.Г., Скрипникова Н.К., Абзаев Ю.А., Волокитин О.Г., Шеховцов В.В. Исследование процессов, протекающих при плазмохимическом синтезе высокотемпературных силикатных рас­пла­вов. Часть 1: Анализ отходов обогащения молиб­деновых руд. Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета, 2013, № 4 (41), c. 197 – 202. / Volokitin G.G., Skripnikova N.K., Abzaev Yu.A., Volokitin O.G., Shekhovcov V.V. Issledovanie processov, protekayushchih pri plazmohimicheskom sinteze vysokotemperaturnyh silikatnyh rasplavov. Chast’ 1: Analiz othodov obogashcheniya molibdenovyh rud [Inverstigation of the processes occurring during the plasma-chemical synthesis of high-temperature silicate melts. Part. 1. Analysis of molybdenum ore dressing wastes]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroitel’nogo universiteta [Bulletin of the Tomsk State University of Architecture and Civil Engineering], 2013, no. 4, pp. 197 – 202. (In Russ.).
12. Волокитин О.Г., Верещагин В.И., Волокитин Г.Г., Скрипникова Н.К., Шеховцов В.В. Получение силикатных расплавов с высоким силикатным модулем из кварц-полевошпатсодержащего сырья по плазменной технологии. Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология, 2014, т. 57, № 1, c. 73 – 77. / Volokitin O.G., Vereshchagin V.I., Volokitin G.G., Skripnikova N.K., Shekhovcov V.V. Poluchenie silikatnyh rasplavov s vysokim silikatnym modulem iz kvarc-polevoi shpat-soderzhashchego syr’ya po plazmennoj tekhnologii. [Production of silicate melts with a high silicate module from quartz-feldspar-containing raw materials according to plasma technology] Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Seriya: Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya [The Journal ChemChemTech], 2014, v. 57, no. 1, pp. 73 – 77. (In Russ.).
13. Скрипникова Н.К., Отмахов В.И., Волокитин О.Г. Процессы, протекающие при плазмохимическом синтезе тугоплавких силикатных материалов. Стекло и керамика, 2010, №1, c. 19 – 21. / Skripnikova N.K., Otmaxov V.I., Volokitin O.G. Processy, protekayushchie pri plazmohimicheskom sinteze tugoplavkih silikatnyh materialov [The processes occurring during the plasma chemical synthesis of refractory silicate materials.]. Steklo i keramika [Glass and ceramics], 2010, no. 1, pp. 19 – 21. (In Russ.).
14. Волокитин О.Г., Скрипникова Н.К., Волокитин Г.Г., Шеховцов В.В., Верещагин В.И., Хайсундинов А.И. Минеральное волокно, полученное в агрегатах низкотемпературной плазмы из продуктов сжигания каменного угля и горючих сланцев. Строительные материалы, 2013, № 11, pp. 44 – 46. / Volokitin G.G., Skripnikova N.K., Volokitin G.G., Shekhovcov V.V., Vereshchagin V.I., Hajsundinov A.I. Mineral’noe volokno, poluchennoe v agregatah nizkotemperaturnoj plazmy iz produktov szhiganiya kamennogo uglya i goryuchih slancev [Mineral fiber obtained in low-temperature plasma aggregates from coal and oil shale combustion products]. Stroitel’nye materialy [Building materials], 2013, no. 11, pp. 44 – 47. (In Russ.).
15. Волокитин О.Г., Волокитин Г.Г., Скрипникова Н.К., Волланд С. Технология получения минеральных волокон путем утилизации золошлаковых отходов и отходов горючих сланцев. Стекло и керамика, 2011, № 8, c. 3 – 5. / Volokitin O.G., Volokitin G.G., Skripnikova N.K., Volland S. Tekhnologiya polucheniya mineral’nyh volokon putem utilizacii zoloshlakovyh othodov i othodov goryuchih slancev [The technology of obtaining mineral fibers by recycling ash and slag waste and waste of oil shale]. Steklo i keramika [Glass and ceramics], 2011, no. 8, pp. 3 – 5. (In Russ.).
16. Щепочкина Ю.А. Способ получения стекло­кремнезита. Патент РФ №2361739. Дата подачи заявки: 01.02.2008. Дата публикации патента: 20.07.2009. Бюл. № 20. 4 с. / Shhepochkina Yu.A. Sposob polucheniya steklo­kremnezita [A method for producing glass silica]. Patent RF №2361739. Date of application submission: 01.02.2008. Date of publication: 20.07.2009. The Bulletin № 20, 4 p. (In Russ.).
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Формирование на поверхности трековых мембран гидрофобных покрытий
методом магнетронного распыления полимеров в вакууме

Л. И. Кравец, В. А. Алтынов, Р. В. Гайнутдинов, А. Б. Гильман, V. Satulu, B. Mitu, G. Dinescu

Исследованы поверхностные свойства и химическая структура наноразмерных покрытий, нанесенных на поверхность полиэтилентерефталатных трековых мембран методом магнетронного распыления сверхвысокомолекулярного полиэтилена и политетрафторэтилена в вакууме. Нанесение покрытий приводит к гидрофобизации поверхности исходных мембран, степень которой зависит от типа используемого для распыления полимера и толщины покрытия. Использование данного метода модификации вызывает сглаживание структурных неоднородностей поверхностного слоя мембран, что объясняется осаждением покрытий в каналах пор на некоторой глубине от входа и перекрытием пор на поверхности модифицированных мембран. Кроме того, осаждение покрытий на поверхности трековых мембран приводит к изменению формы пор. Диаметр пор значительно уменьшается на модифицированной стороне и остается неизменным на необработанной стороне мембраны, при этом поры мембран приобретают асимметричную (коническую) форму. Исследование химической структуры покрытий методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии показало, что они содержат кислородсодержащие функциональные группы за счет окисления полимерной матрицы. Разработанные композиционные мембраны могут быть использованы в процессах мембранной дистилляции для опреснения морской воды.

Ключевые слова: полиэтилентерефталатные трековые мембраны, магнетронное распыление полимеров в вакууме, политетрафторэтилен, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, гидрофобизация, композиционные мембраны.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-55-67
Кравец Любовь Ивановна — Объединенный институт ядерных исследований, Лаборатория ядерных реакций им. Г.Н. Флерова (141980 Дубна, Россия, ул. Жолио-Кюри 6), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области разработки методов получения трековых мембран, нано- и мембранных технологий, модифицировании поверхностных свойств мембран в плазме. E-mail: kravets@jinr.ru.
Алтынов Владимир Алексеевич — Объединенный институт ядерных исследований, Лаборатория ядерных реакций им. Г.Н. Флерова (141980, Дубна, Россия, ул. Жолио-Кюри 6), кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, специалист в области исследований химической структуры поверхностного слоя полимерных пленок и мембран методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. E-mail: altynov@jinr.ru.
Гайнутдинов Радмир Вильевич — Институт кристаллографии
им. А.В. Шубникова ФНИЦ Кристаллография и фотоника РАН (119333, Москва, Россия, Ленинский проспект 59), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области исследований поверхности, микро- и наноструктуры тонких пленок методом сканирующей зондовой микроскопии. E-mail: radmir@crys.ras.ru
Гильман Алла Борисовна — Институт синтетических полимерных мате-риалов им. Н.С. Ениколопова РАН (117393, Москва, Россия, ул. Профсоюзная, 70), кандидат химических наук, старший научный сотрудник, специалист в области технологии ионно-плазменной обработки материалов и нанесения покрытий, ионно-плазменной модификации свойств поверхности полимеров, изучения свойств и структуры нанокомпозиционных материалов. E-mail: plasma@ispm.ru.
Satulu Veronica (Сатулу Вероника) — Национальный институт лазерной, плазменной и радиационной физики (077125, Магурель, Бухарест, Румыния), кандидат физических наук, научный сотрудник, специалист в области модифицирования поверхности полимерных материалов в плазме, полимеризации в плазме, формирования нанокомпозитных материалов в плазме. E-mail: veronica.satulu@infim.ro
Mitu Bogdana (Миту Богдана) — Национальный институт лазерной, плазменной и радиационной физики (077125, Магурель, Бухарест, Румыния, кандидат физических наук, старший научный сотрудник, специалист в области физики низкотемпературной плазмы, технологии ионно-плазменной обработки материалов, формирования функциональных органических и неорганических покрытий в плазме.
E-mail: mitub@infim.ro.
Dinescu Gheorghe (Динеску Георгий) — Национальный институт лазерной, плазменной и радиационной физики (077125, Магурель, Бухарест, Румыния), доктор физических наук, профессор, руководитель лаборатории, специалист в области фундаментальных процессов в плазме, физики и диагностики плазмы, разработке новых материалов для использования в нанотехнологии, окружающей среде, биологии и медицине. E-mail: dinescug@infim.ro.
Ссылка на статью:
Кравец Л.И., Алтынов В.А., Гайнутдинов Р.В., Гильман А.Б., Satulu V., Mitu B., Dinescu G. Формирование на поверхности трековых мембран гидрофобных покрытий методом магнетронного распыления полимеров в вакууме. Перспективные материалы, 2024, № 3, с. 55 – 67 DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-55-67
Литература содержит 27 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Кравец Л.И., Алтынов В.А., Гайнутдинов Р.В., Гильман А.Б., Satulu V., Mitu B., Dinescu G. Формирование на поверхности трековых мембран гидрофобных покрытий методом магнетронного распыления полимеров в вакууме. Перспективные материалы, 2024, № 3, с. 55 – 67 DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-55-67
1. Modification of Polymer Properties. Ed. by Jasso-Gastinel C.F., Kenny J.M. Oxford (UK): William Andrew, 2016, 232 p.
2. Фатиянц Е.Х., Березкин В.В., Каграманов Г.Г. Методы модификации трековых мембран для разделения биологических объектов. Мембраны и мембранные технологии, 2013, т. 3, № 1, с. 38 – 49. / Fatiyants E.Kh., Berezkin V.V., Kagramanov G.G. Methods for modification of track-etched membranes designed for separation of biological objects. Petroleum Chemistry, 2013, v. 53, no. 7, pp. 471 – 481.
3. Рязанцева Т.В., Кравец Л.И., Елинсон В.М. Наноструктурирование в плазме поверхностного слоя трековых мембран с целью получения высокоэффективного биосовместимого экспланто­дренажа для хирургического лечения рефрактерной глаукомы. Перспективные материалы, 2012, № 3, с. 41 – 51. / Ryazantseva T.V., Kravets L.I., Elinson V.M. Plasma nanostructuring of the surface layer in track membranes for producing a highly efficacious biocompatible explantodrainage for the surgical management of refractory glaucoma. Inorganic Materials: Applied Research, 2012, v. 3, no. 5, pp. 408 – 416.
4. Филиппова Е.О., Карпов Д.А., Градобоев А.В., Сохорева В.В., Пичугин В.Ф. Воздействия низко­температурной плазмы и γ-облучения на поверхностные свойства трековых мембран из полиэтилентерефталата. Перспективные материалы, 2016, № 5, с. 1 – 13. / Filippova E.O., Karpov D.A., Gradoboev A.V., Sokhoreva V.V., Pichugin V.F. Influence of low-temperature plasma and γ-radiation on the surface properties of PET track membranes. Inorganic Materials: Applied Research, 2016, v. 7, no. 5, pp. 484 – 492.
5. Ulbricht M. Advanced functional polymer membranes. Polymer, 2006, v. 47, no. 7, pp. 2217 – 2262.
6. Кравец Л.И., Гильман А.Б., Динеску Г. Низко­температурная плазма для модификации свойств полимерных мембран. Рос. химич. журн. (Журн. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева), 2013, т. 57, № 3 – 4, с. 83 – 98. / Kravets L.I., Gilman A.B., Dinescu G. Modification of polymer membrane properties by low-temperature plasma. Rus. J. Gener. Chem., 2015, v. 85, no, 5, pp. 1284 – 1301.
7. Wang J., Chen X., Reis R., Chen Zh., Milne N., Winther-Jensen B., Kong L., Dumee L.F. Plasma modification and synthesis of membrane materials – A mechanistic review. Membranes, 2018, v. 8, no. 3, art. 56.
8. Pegalajar-Jurado A., Mann M.N., Maynard M.R., Fisher E.R. Hydrophilic modification of polysulfone ultrafiltration membranes by low temperature water vapor plasma treatment to enhance performance. Plasma Process. Polym., 2016, v. 13, no. 6, pp. 598 – 610.
9. Shahkaramipour N., Tran T.N., Ramanan S., Lin H. Membranes with surface-enhanced antifouling properties for water purification. Membranes, 2017, v. 7, no. 1, art. 13.
10. Tompkins B.D., Dennison J.M., Fisher E.R. H2O plasma modification of track-etched polymer membranes for increased wettability and improved performance. J. Membr. Sci., 2013, v. 428, pp. 576 – 588.
11. Kravets L., Gilman A., Yablokov M., Elinson V., Mitu B., Dinescu G. Surface and electrochemical properties of plasma-treated polypropylene track membrane. Plasma Process. Polym., 2013, v. 10, no. 7, pp. 603 – 618.
12. Korolkov I.V., Gorin Y.G., Yeszhanov A.B., Kozlovskiy A.L., Zdorovets M.V. Preparation of PET track-etched membranes for membrane distillation by photo-induced graft polymerization. Mater. Chem. Phys., 2018, v. 205, pp. 55 – 63.
13. Kravets L.I., Yarmolenko M.A., Yablokov M.Yu., Gainutdinov R.V., Altynov V.A., Lizunov N.E. Fabrication of composite membranes for water desalination by electron-beam deposition of a polytetrafluoroethylene-like coating on the surface of track-etched membrane. High Temp. Mater. Proc., 2020, v. 24, pp. 239 – 260.
14. Кравец Л.И., Гильман А.Б., Satulu V., Mitu B., Dinescu G. Формирование ‘diode-like’ композитных мембран методом полимеризации в плазме. Перспективные материалы, 2017, № 9, с. 5 – 21. / Kravets L.I., Gilman A.B., Satulu V., Mitu B., Dinescu G. Formation of diode-like composite membranes by plasma polymerization. Inorganic Materials: Applied Research, 2018, v. 9, no. 2, pp. 162 – 174.
15. Kravets L.I., Dmitriev S.N., Satulu V., Mitu B., Dinescu G. Structure and electrochemical properties of track membranes with a polymer layer obtained by plasma polymerization of acetylene. J. Phys. Confer. Ser., 2014, v. 516, no. 1, art. 012006.
16. Kravets L.I., Dmitriev S.N., Satulu V., Mitu B., Dinescu G. Fabrication and electrochemical properties of polymer bilayered membranes. Surf. Coat. Technol, 2011, v. 205, suppl. 2, pp. 455  461.
17. Ярмоленко М.А., Рогачев А.А., Лучников П.А., Рогачев А.В., Джанг Сянь Хун. Микро- и наноком­позиционные полимерные покрытия, осаждаемые из активной газовой фазы. Под ред. Рогачева А.В. Москва: Радиотехника, 2016, 424 с. / Yarmolenko M.A., Rogachev A.A., Luchnikov P.A., Rogachev A.V., Syan Khun Dzhang. Mikro- i nanokom­pozicionnye polimernye pokrytiya, osazhdaemye iz aktivnoj gazovoj fazy [Micro- and Nanocomposite Polymer Coatings Deposited from the Active Gas Phase]. Ed. by Rogacheva A.V. Moscow, Radiotekhnika Publ., 2016, 424 p. (In Russ.).
18. Apel P.Yu., Dmitriev S.N. Micro- and nanoporous materials produced using accelerated heavy ion beams. Adv. Natur. Sci.: Nanosci. Nanotechnol., 2011, v. 2, no. 1, art. 013002.
19. Satulu V., Mitu B., Pandele A.M., Voicu S.I., Kravets L., Dinescu G. Composite polyethylene terephthalate track membranes with thin teflon-like layers: preparation and surface properties. Appl. Surf. Sci., 2019, v. 476, pp. 452 – 459.
20. Мулдер М. Введение в мембранную технологию. М.: Мир, 1999, 514 с. / Mulder M. Basic principles of membrane technology. Dordrecht: Kluwer, 1996, 363 p.
21. Beamson G., Briggs D. High resolution XPS of organic polymers: the scienta ESCA300 database. Chichester: John Wiley & Sons, 1992, 295 p.
22. Кравец Л.И., Ярмоленко М.А., Рогачев А.А., Гайнутдинов Р.В., Гильман А.Б., Алтынов В.А., Лизунов Н.Е. Формирование на поверхности трековых мембран супергидрофобных покрытий методом электронно-лучевого диспергирования полимеров в вакууме. Перспективные материалы, 2019, № 11, с. 59 – 74. / Kravets L.I., Yarmolenko M.A., Rogachev A.A., Gainutdinov R.V., Gilman A.B., Altynov V.A., Lizunov N.E. Formation of superhydrophobic coatings on the track-etched membrane surface by the method of electron-beam dispersion of polymers in vacuum. Inorganic Materials: Applied Research, 2020, v. 11, o. 2, pp. 476 – 487.
23. Kostov K.G., Ueda M., Tan I.H., Leite N.F., Beloto A.F., Gomes G.F. Structural effect of nitrogen plasma-based ion implantation on ultra-high molecular weight polyethylene. Surf. Coat. Technol., 2004, v. 186, pp. 287 − 290.
24. Kolska Z., Reznickova A., Hnatowicz V., Svorcik V. PTFE surface modification by Ar plasma and its characterization. Vacuum, 2012, v. 86, pp. 643 − 647.
25. Hubert J., Mertens J., Dufour D., Vandencasteele N., Reniers F., Viville P., Lazzaroni R., Raes M., Terryn H. Synthesis and texturization processes of (super)-hydrophobic fluorinated surfaces by atmospheric plasma. J. Mater. Res., 2015, v. 30, pp. 3177 – 3191.
26. Chen Q., Rogachev A.V., Yarmolenko M.A., Rogachev A.A., Jiang X., Gorbachev D.I. Peculiarities of electron-beam formation of hydrophobic and superhydrophobic coatings based on hydrocarbons of various molecular weights and PTFE. J. Coat. Sci. Technol., 2017, v. 4, pp. 21 − 30.
27. Bismark A., Schulz A., Zell H., Springer J., Tahhan R., Klapotke T.M., Michaeli W. Influence of fluorination on the properties of carbon fibers. J. Fluorine Chem., 1997, v. 84, p. 27 – 134.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Влияние миграции добавок на свойства поверхности пленок на основе полипропилена
при модификации в низкотемпературной плазме коронного разряда

А. М. Ляхович, Э. М. Галиханов, О. А. Бикеев, В. Л. Воробьёв

Рассмотрены процессы в полимерных пленках на основе полипропилена, содержащих фторированные добавки, при модификации пленок в плазме коронного разряда. Методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и атомно-силовой микроскопии исследованы химический состав, рельеф, адгезионные и деформационные свойства поверхности пленок до и после модификации в плазме. Установлено, что в пленках под действием плазмы коронного разряда происходит миграция на поверхность фторполимерной добавки. При этом изменяется химически состав и структура пленки, на поверхности образуются локальные структуры, содержащие атомы кислорода, фтора и углерода, обладающие электрическим сопротивлением, отличным от электрического сопротивления поверхности исходной пленки. Модификация в плазме приводит к улучшению упругих и адгезионных свойств поверхности пленки полипропилена.

Ключевые слова: полипропилен, пленки, технологическая добавка, плазма коронного разряда, миграция, химический состав, структура, адгезия, рельеф, деформационные свойства.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-68-77
Ляхович Алевтина Михайловна — Казанский (Приволжский) Федеральный Университет (420008, Казань,
ул. Кремлевская, 18, корп. 1), доктор технических наук, профессор, специалист в области материаловедения композиционных систем на основе полимеров, физики и химии поверхности, межфазных взаимодействий в граничных слоях, наноразмерных систем. E-mail: alalam@mail.ru.
Галиханов Эдуард Мансурович — Казанский (Приволжский) Федеральный Университет (420008, Казань,
ул. Кремлевская, 18, корп.1), аспирант, специалист в области материаловедения, электретных состояний полимеров. E-mail: galikhanov.eduard@gmail.com.
Бикеев Олег Александрович — ООО УК “Индустриальный парк Камские Поляны” (423564, Республика Татарстан, Нижнекамский район, поселок городского типа Камские Поляны), главный инженер, специалист в области производства полимерных материалов. E-mail: bikeev.o.a@gmail.com.
Воробьёв Василий Леонидович — ФГБУН Удмуртский Федеральный исследовательский центр УрО РАН, Физико-технический институт (426067, Ижевск, ул. им. Татьяны Барамзиной, 34), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области физики и химии поверхности, методов исследования тонких слоев материалов. E-mail: Vasily_L.84@mail.ru.
Ссылка на статью:
Ляхович А.М., Галиханов Э.М., Бикеев О.А., Воробьëв В.Л. Влияние миграции добавок на свойства поверхности пленок на основе полипропилена при модификации в низкотемпературной плазме коронного разряда. Перспективные материалы, 2024, № 3, с. 68 – 77. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-68-77
Литература содержит 19 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Ляхович А.М., Галиханов Э.М., Бикеев О.А., Воробьëв В.Л. Влияние миграции добавок на свойства поверхности пленок на основе полипропилена при модификации в низкотемпературной плазме коронного разряда. Перспективные материалы, 2024, № 3, с. 68 – 77. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-68-77
1. Morita S., Hattori S. Applications of plasma polymerization. Pure and Appl. Chem., 1985, v. 57, no. 9, pp. 1277 – 1286.
2. Morosoff N., Patel D.L., Lugg P.S. et al. Structure and tribological properties of plasma-polymerized nickel carbonyl films. J. Appl.Polym. Sci.: Appl. Polym. Symp., 1984, v. 38, pp. 75 – 81.
3. Дорфман А.М., Ляхович А.М., Повстугар В.И., Быстров С.Г. Плазменное модифицирование защитного покрытия, образованного м-нитробензоатом гексаметиленимина на железе. Защита металлов, 2000, т. 36, № 3, с. 291 – 297. / Dorfman A.M., Lyakhovich A.M., Povstugar V.I., Bystrov S.G. Plazmennoe modificirovanie zashchitnogo pokrytiya, obrazovannogo m-nitrobenzoatom geksametilenimina na zheleze [Plasma modification of a protective coating formed by hexamethylenimine m-nitrobenzoate on iron]. Zashchita metallov [Protection of metals], 2000, v. 36, no. 3, pp. 291 – 297. (In Russ.).
4. Быстров С.Г., Дорфман А.М., Ляхович А.М., Повстугар В.И. Исследование плазмополи­мери­зованного ингибированного защитного покрытия на железе методами атомной силовой микроскопии и спектроскопии. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2000, № 11, c. 40 – 45. / Bystrov S.G., Dorfman A.M., Liakhovich A.M. Povstugar V.I. Issledovanie plazmopolimerizovannogo ingibirovannogo zashchitnogo pokrytiia na zheleze metodami atomnoi silovoi mikroskopii i spectroscopii [Investigation of plasmopolymerized inhibited protective coating on iron by atomic force microscopy and spectroscopy methods]. Poverkhnost Rentgenovskie, sinhrotronnye i nejtronnye issledovaniya. [Surface. X-ray, synchrotron and neutron studies.], 2000, no. 11, pp. 40 – 45. (In Russ.).
5. Альтшулер М.А., Дерягин Б.В., Апосталюк З.С. Диффузия органических молекул в полиэтилене. Химия и технологии топлива, 1987, №.2, c.1 – 5. / Altshuler M.A., Deryagin B.V., Apostalyuk Z.S. Diffuziia organicheskikh molekul v polietilene [Diffusion of organic molecules in polyethylene]. Khimiia i tekhnologii topliva [Chemistry and Technology of Fuels and Oils], 1987, no. 2, c.1 – 5. (In Russ.).
6. Дорфман А.М., Ляхович А.М., Повстугар В.И., Столярова В.А., Решетников С.М. РФЭС-исследование взаимодействия модифицированного полипропилена с оксидом алюминия. Защита металлов, 1999, т. 35, № 2, c. 139 – 145. / Dorfman A.M., Lyakhovich A.M., Povstugar V.I., Stolyarova V.A., Reshetnikov S.M. RFES-issledovanie vzaimodeistviia modifitsirovannogo polipropilena s oksidom aliuminiia [XPS- investigation of the interaction of modified polypropylene with aluminum oxide]. Zashchita metallov [Protection of metals], 1999, v. 35, no. 2, pp. 139 – 145. (In Russ.).
7. Столярова В.А., Чалых А.Е., Яковлев А.Д., Ляхович А.М. Влияние фазовой структуры на адгезионную прочность модифициро­ван­ных полипропиленовых покрытий. Лакокрасочные материалы, 1998, № 8, c. 8 – 10. / Stolyarova V.A., Chalykh A.E., Yakovlev A.D., Lyakhovich A.M. Vliianie fazovoi struktury na adgezionnuiu prochnost modifitsirovannykh polipropilenovykh pokrytii [The influence of phase structure on the adhesive strength of modified polypropylene coatings]. Lakokrasochnye materialy [Paint and varnish materials], 1998, no. 8, pp. 8 – 10. (In Russ.).
8. Galikhanov E.M., Lyakhovich A.M., Luchkin A.G. Application of polyethylene terephthalate films containing small-volume fluorine-based additives for creating electrets. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, June 2022, v. 29, no. 3, pp. 834 – 839. Doi: 10.1109/TDEI.2022.3178113.
9. http://sunflex.ru/index.php/2016-03-18-18-22-24/polipropilen
10. Wagner C.D., Riggs W.M., Davis L.E., Moulder J.F. Handbook of X-Ray photoelectron spectroscopy. Ed. G.E. Muilenberg Perkin-Elmer Corporation, Eden Prairie, Minnesota, USA: Physical Electronics Division, 1978, 260 p.
11. Beamson G., Briggs D. High resolution XPS of organic polymers. The scienta ESCA 300 database. Chichester, New York, Brisbane, Toronto, Singapure: John Wile & Sons, 1992, 582 p.
12. https://cromexgroup.ru/продукция/суперконцентраты/добавки.
13. Piskarev M., Skryleva E., Gilman A., Senatulin B, Zinoviev A., Syrtsova D. Depth profile analysis of the modified layer of poly(vinyltrimethylsilane) films treated by direct-current discharge. Coatings, 2021, v. 11, art. 1317. https://doi.org/10.3390/coatings11111317
14. Nakayama Y., Soeda F., Ishitani A., Ikegami T. Surface analysis of plasma-treated poly(ethylene terephthalate) film. Polym. Eng. Sci., 1991, v. 31, pp. 812 – 817.
15. Yablokov M.Y., Sokolov I.V., Malinovskaya O.S., Gilman A.B., Kuznetsov A.A. Determination of modified-layer thickness of glow-discharge-treated polytetrafluoroethylene film. High Energy Chemistry, 2012, v. 47, pp. 32 – 33.
16. Corbella C., Pranda A., Portal S., Arcos T.D.L., Grundmeier G., Oehrlein S., von Keudell A. Validation of etching model of polypropylene layers exposed to argon plasmas. Plasma Process. Polymer, 2019, v. 16, art. 1900019.
17. NIST X-ray Photoelectron Spectroscopy database, [https://srdata.nist.gov/xps/Default.aspx].
18. Каргин В.А. Энциклопедия полимеров. М: Советская Энциклопедия, 1974, т. 3, 941 с. / Kargin V.A. Entsiklopediia polimerov [Encyclopedia of polymers]. Moscow, Soviet Encyclopedia Publ., 1974, v. 3, 941 p. (In Russ.).
19. Силкин E. Синтез озона в электрических разрядах и повышение его эффективности. Часть 1. Компоненты и Технологии. 2008, т. 83, № 6, c. 136 – 143. / Silkin E. Sintez ozona v elektricheskikh razriadakh i povyshenie ego effektivnosti [Synthesis of ozone in electrical discharges and increasing its efficiency]. Part 1. Komponenty i Tekhnologii [Components and Technologies], 2008, v. 83, no. 6, pp. 136 – 143. (In Russ.).
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Синтез сложно-оксидной керамики в пучке быстрых электронов

С. А. Гынгазов, И. П. Васильев, В. А. Болтуева

Рассмотрен синтез керамических материалов в пучке быстрых электронов для получения сложно-оксидной керамики. Порошковые реагенты, кроме облучения, подвергаются воздействию воздушных потоков, предотвращающих попадание газов и частиц внутрь ускорителя. Для удержания порошковых смесей из ультрадисперсных порошков в зоне облучения проводили их грануляцию. Использованы два способа грануляции ультрадисперсного порошка состава (в масс. %) 80 % Al2O3 + 20 % (ZrO2 – 3 Y2O3). Первый способ включает увлажнение, сушку и последующее просеивание через крупное сито. Во втором способе в порошковую смесь вводили связующую добавку, которая придавала образцу устойчивую объемную форму. Для используемых способов грануляции исследованы особенности кратковременного нагрева оксидных порошков на воздухе мощным пучком быстрых электронов с энергией 2 МэВ и синтез корунда циркония в данных условиях. Грануляция ультрадисперсного порошка позволила минимизировать потерю его массы при облучении. Во время облучения порошковой массы имело место ее локальное оплавление, которое сопровождалось интенсивными процессами газовыделения, приводящими к образованию пустотелых керамических капель. Методом рентгенофазового анализа показано, что взаимного растворения оксидов в их стенках не происходит, а процессы рекристаллизации сопровождаются образованием микрокристаллитов оксида алюминия кубической формы и переходом оксида алюминия в них из моноклинной в корундовую фазу. Наличие в межграничном пространстве микрокристаллитов равномерно распределенных мелких частиц диоксида циркония свидетельствует о получении под облучением корунда циркония. При этом фазовый состав диоксида циркония после облучения не изменяется по сравнению с исходным порошком.

Ключевые слова: ультрадисперсные порошки, корунд циркония, грануляция, связующие добавки, синтез, быстрые электроны.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-78-88
Гынгазов Сергей Анатольевич — Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Национальный исследовательский Томский политехнический университет (634050, Томск, пр. Ленина, 30), доктор технических наук, ведущий научный сотрудник Проблемной научно-исследовательской лаборатории электроники, диэлектриков и полупроводников Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов, специалист в области получения и обработки керамических материалов методами радиационных воздействий. E-mail: ghyngazov@tpu.ru.
Васильев Иван Петрович — Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Национальный исследовательский Томский политехнический университет (634050, Томск, пр. Ленина, 30), кандидат технических наук, научный сотрудник Проблемной научно-исследовательской лаборатории электроники, диэлектриков и полупроводников Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов, специалист в области получения и обработки керамических материалов методами радиационных воздействий. E-mail: zarkvon@tpu.ru.
Болтуева Валерия Александровна — Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Национальный исследовательский Томский политехнический университет” (634050, Томск, пр. Ленина, 30), кандидат технических наук, научный сотрудник Проблемной научно-исследовательской лаборатории электроники, диэлектриков и полупроводников Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов, специализируется в области радиационного материаловедения. E-mail: kostenkova@tpu.ru.
Ссылка на статью:
Гынгазов С.А., Васильев И.П., Болтуева В.А. Синтез сложно-оксидной керамики в пучке быстрых электронов. Перспективные материалы, 2024, № 3, с. 78 – 88. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-78-88
Литература содержит 30 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Гынгазов С.А., Васильев И.П., Болтуева В.А. Синтез сложно-оксидной керамики в пучке быстрых электронов. Перспективные материалы, 2024, № 3, с. 78 – 88. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-3-78-88
1. Borovitskaya I.V., Korshunov S.N., Mansurova A.N., Bondarenko G.G., Lyublinsky I.E. Study of complex effect of intense flows of argon ions and pulsed laser radiation on surface of vanadium and vanadium-based alloys (Review). Physics of Atomic Nuclei, 2022, v. 85 (Suppl 1), pp. S71 – S79.
2. Zhang Y., Weber W.J. Ion irradiation and modification: The role of coupled electronic and nuclear energy dissipation and subsequent nonequilibrium processes in materials. Applied Physics Reviews, 2020, v. 7, art. 041307.
3. Гэн Я., Панченко И.А., Коновалов С.В., Иванов Ю.Ф., Чен С. Влияние электронно-пучковой обработки на структуру аддитивного сплава Al – Mg. Вестник Сибирского государственного индустриального университета, 2023, № 2 (44), с. 13 – 19. / Geng YA., Panchenko I.A., Konovalov S.V., Ivanov YU.F., Chen X. Vliyaniye elektronno-puchkovoy obrabotki na strukturu additivnogo splava Al – Mg [Effect of electron beam processing on the structure and properties of the Al – Mg additive alloys]. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo industrial’nogo universiteta [Bulletin of the Siberian state industrial university], 2023, no. 2 (44), pp. 13 – 19. (In Russ.).
4. Ovchinnikov V.V., Makarov E.V., Semionkin V.A., Gushchina N.V. Formation of manganese-enriched austenite at abnormally low temperatures for diffusion type processes at “cascade radiation shaking” of Fe–6.35at.%Mn alloy with accelerated Ar+ (E = 15 keV) ions. Vacuum, 2022, v. 201, art. 111040.
5. Ghyngazov S., Boltueva V. Effect of ion treatment on the structure and properties of ceramic materials (review). Ceramics International, 2023, v. 49 (23), pp. 37061 – 37071.
6. Бондаренко Г.Г. Радиационная физика, структура и прочность твердых тел. Москва, Лаборатория знаний, 2016, 465 с. / Bondarenko G.G. Radiatsionnaya fizika, struktura i prochnost’ tverdykh tel [Radiation physics, structure and strength of solids]. Moscow, Labor. Znanii Publ., 2016, 465 p. (In Russ.).
7. Ремнев Г.Е., Тарбоков В.А., Павлов С.К. Модифи­цирование материалов при воздействии мощных ионных пучков. Физика и химия обработки материалов, 2021, № 2, с. 5 – 26. / Remnev G.E., Tarbokov V.A., Pavlov S.K. Material modification by powerful pulsed ion beams. Inorganic Materials: Applied Research, 2022, v. 13, pp. 626 – 640.
8. Иванов Ю.Ф., Ефимов М.О., Громов В.Е., Коновалов С.В., Панченко И.А., Шлярова Ю.А., Юрьев А.Б. Электронно-микроскопический анализ зоны контакта покрытия из высокоэнтропийного сплава AlFeCoCrNi на подложке из сплава 5083 после облучения электронными пучками. Фундаментальные проблемы современного материаловедения, 2023, т. 20, № 2, с. 149 – 156. / Ivanov Yu.F., Efimov M.O., Gromov V.E., Konovalov S.V., Panchenko I.A., Shliarova Yu.A., Yuriev A.B. Elektronno-mikroskopicheskiy analiz zony kontakta pokrytiya iz vysokoentropiynogo splava AlFeCoCrNi na podlozhke iz splava 5083 posle oblucheniya elektronnymi puchkami [Electron-microscopic analysis of the contact zone of a coating from a high-entropy AlFeCoCrNi alloy on a substrate from 5083 alloy after irradiation with electron beams]. Fundamental’nyye problemy sovremennogo materialovedeniya [Fundamental problems of modern materials science], 2023, v. 20, no. 2, pp. 149 – 156. (In Russ.).
9. Боровицкая И.В., Грибков В.А., Демин А.С., Епифанов Н.А., Латышев С.В., Масляев С.А., Морозов Е.В., Пименов В.Н., Сасиновская И.П., Бондаренко Г.Г., Гайдар А.И., Шольц М. Повреж­даемость и деформационные эффекты в поверхностных слоях меди и сплава системы медь – галлий при импульсном облучении в установке Плазменный фокус. Перспективные материалы, 2020, №5, с. 23 – 37. / Borovitskaya I.V., Gribkov V.A., Demin A.S., Yepifanov N.A., Latyshev S.V., Maslyaev S.A., Morozov Y.V., Pimenov V.N., Sasinovskaya I.P., Bondarenko G.G., Gaidar A.I., Scholz M. Damage and deformation effects in the surface layers of copper and copper–gallium alloy under pulsed irradiation in a plasma focus unit. Inorganic Materials: Applied Research, 2020, v. 11, no. 5, pp. 1093 – 1102.
10. Ivanov Yu., Gromov V., Konovalov S., Efimov M., Shliarova Yu., Panchenko I.A. Effect of electron-beam treatment on the structure and properties of (B + Cr) film deposited on a high-entropy alloy AlCrFeCoNi. Materials Letters, 2023, v. 335, no. 15, art. 133704.
11. Гынгазов С.А., Костенко В.А., Хасенов А.К. Влияние режимов ионной обработки на физико-механические свойства циркониевой керамики. Перспективные материалы, 2020, № 10, с. 5 – 18. / Ghyngazov S.A., Kostenko V.A., Khassenov A.K. Influence of ion treatment modes on the physical and mechanical properties of zirconia ceramics. Inorganic Materials: Applied Research, 2021, v. 12, no. 2, pp. 262 – 270.
12. Kozlovskiy A.L., Alin M., Borgekov D.B. Study of polymorphic transformation processes and their influence in polycrystalline ZrO2 ceramics upon irradiation with heavy ions. Ceramics, 2023, no. 6, pp. 686 – 706.
13. Ryabchikov A., Korneva O., Ivanova A., Chernyshev A., Tarbokov V. Study of the influence of a powerful pulsed ion beam on titanium deeply-doped with aluminum. Vacuum, 2023, v. 217, art. 112527.
14. Karipbayev Zh.T., Lisitsyn V.M., Mussakhanov D.A., Alpyssova G.K., Popov A.I., Polisadova E.F., Elsts E., Akilbekov A.T., Kukenova A.B., Kemere M., Sarakovskis A., Lushchik A. Time-resolved luminescence of YAG:Ce and YAGG:Ce ceramics prepared by electron beam assisted synthesis. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 2020, v. 479, pp. 222 – 228.
15. Lysenko E.N., Vlasov V.A., Nikolaev E.V., Surzhikov A.P., Korobeynikov M.V. Microstructure and magnetization study of Li and Li–Zn ferrites synthesized by an electron beam. Materials Chemistry and Physics, 2023, v. 302, art. 127722.
16. Лисицын В.М., Лисицына Л.А., Голковский М.Г., Мусаханов Д.А., Ермолаев А.В. Формирование люми­несцирующей высокотемпературной кера­мики в мощном потоке высокоэнергетических электронов. Известия вузов. Физика, 2020, т 63, № 91 (753), с. 150 − 156. / Lisitsyn V.M., Lisitsyna L.A., Golkovskii M.G., Musakhanov D.A., Ermolaev A.V. Formation of luminescing high-temperature ceramics upon exposure to powerful high-energy electron flux. Russian Physics Journal, 2021, v. 63 (9), pp. 1615 – 1621.
17. Karipbaeyev Z., Polisadova E., Ermolaev A., Lisitsyn V., Alpyssova G., Mussakhanov D., Kukenova A., Abil Z. Dependence of the efficiency electron beam assisted synthesis of YAG:Ce ceramics on the power density of the electron flow. Proceedings 7th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects, EFRE 2020 (September 14 – 26, 2020, Tomsk, Russia), 2020, pp. 892 – 895.
18. Lysenko E., Vlasov V., Nikolaev E., Surzhikov A., Ghyngazov S. Technological aspects of lithium-titanium ferrite synthesis by electron-beam heating. Materials, 2023, v. 16, no. 2, art. 604.
19. Kostishin V.G., Shakirzyanov R.I., Nalogin A.G., Shcherbakov S.V., Isaev I.M., Nemirovich M.A., Mikhailenko M.A., Korobeinikov M.V., Mezentseva M.P., Salogub D.V. Electrical and dielectric properties of yttrium–iron ferrite garnet polycrystals grown by the radiation–thermal sintering technology. Physics of the Solid State, 2021, v. 63, no. 3, pp. 435 – 441.
20. Isaev I.M., Shcherbakov S.V., Kostishin V.G., Nalogin A.G., Mokljak V.V., Ostafijchuk B.K., Alekseev A.A., Korovushkin V.V., Belokon’ E.A., Kalinyuk M.V., Mihaylenko M.A., Korobeynikov M.V., Bryazgin A.A., Salogub D.V. Peculiarities of the crystal structure and texture of isotropic and anisotropic polycrystalline hexagonal ferrites BaFe12O19 synthesized by radiation-thermal sintering. Russian Microelectronics, 2019, v. 48, no. 8, pp. 531 – 544.
21. Klimov A., Bakeev I., Oks E., Zenin A. Electron beam sintering of composite Al2O3-ZrO2 ceramics in the forevacuum pressure range. Coatings, 2022, v. 12, no. 2, art. 278.
22. Malyshev A.V., Lysenko E.N., Vlasov V.A., Nikolaeva S.A. Electromagnetic properties of Li0.4Fe2.4Zn0.2O4 ferrite sintered by continuous electron beam heating. Ceramics International, 2016, v. 42, no. 14, pp. 16180 – 16183.
23. Ovchinnikov V.V. Nanoscale dynamic and long-range effects under cascade-forming irradiation. Surface and Coatings Technology, 2018, v. 355, pp. 65 – 83.
24. Суржиков А.П., Франгульян Т.С., Гынгазов С.А., Васильев И.П. Электронно-микроскопические исследования приповерхностных слоев компо­зи­ционной керамики системы ZrO2(Y) – Al2O3 модифицированных сильноточным пучком низко­энерге­тических электронов. Перспективные материалы, 2014, № 1, с. 55 – 59. / Surzhikov A.P., Frangulyan Т.S., Ghyngazov S.A., Vasiljev I.P. Еlectron microscopy studies of near-surface layers of ZRO2(Y)-Al2O3 composite ceramic modified by high-current beam of low-energy electrons. Inorganic Materials: Applied Research, 2014, v. 5, no. 5, pp. 536 – 539.
25. Бурдовицин В.А., Окс Е.М., Скробов Е.В., Юшков Ю.Г. Модификация поверхности керамики импульсным электронным пучком, генерируемым форвакуумным плазменным источником. Перспективные материалы, 2011, № 6, с. 77 – 82. / Burdovitsin V.A., Oks E.M., Skrobov E.V., Yushkov Yu.G. Modifikatsiya poverkhnosti keramiki impul’snym elektronnym puchkom, generiruyemym forvakuumnym plazmennym istochnikom [Modification of the ceramic surface with a pulsed electron beam generated by a forevacuum plasma source]. Perspektivnyye materialy [Perspective materials], 2011, no. 6, pp. 77 – 82. (In Russ.).
26. Trukhanov A.V., Kozlovskiy A.L., Ryskulov A.E., Uglov V.V., Kislitsin S.B., Zdorovets M.V., Trukhanov S.V., Zubar T.I., Astapovich K.A., Tishkevich D.I. Control of structural parameters and thermal conductivity of BeO ceramics using heavy ion irradiation and post-radiation annealing. Ceramics International, 2019, v. 45, no. 12, pp. 15412 – 15416.
27. Pushkarev A., Prima A., Myshkin V., Chistyakova N., Ezhov V. Comparison of influence of the fast atom beam and ion beam on the metal target. Laser and Particle Beams, 2021, art. 6630259.
28. Гынгазов С.А., Костенко В., Овчинников В.В., Гущина Н.В., Махинько Ф.Ф. Поверхностная модификация корундовой керамики ионным пучком аргона. Перспективные материалы, 2018, № 8,
с. 61 – 71. / Ghyngazov S.A., Kostenko V.А., Ovchinnikov V.V., Gushchina N.V., Makhinko F.F. Surface modification of corundum ceramics by argon ion beam. Inorganic Materials: Applied Research, 2019, v. 10, pp. 438 – 444.
29. Karansky V.V., Klimov A.S., Smirnov S.V. Structural transformations in Mn–Zn ferrite under low-energy electron beam treatment. Vacuum, 2020, v. 173, art. 109115.
30. Konakov V.G., Golubev S.N., Solovyeva E.N., Archakov I.Yu., Borisova N.V., Shorokhov A.V. Agglomerate size in precursors and mechanical strength of solid electrolytes based on Y2O3 – ZrO2 system. Materials Physics and Mechanics, 2011, v. 11, no. 1, pp. 68 – 73.
Made on
Tilda