№ 3 (2019)

В статье рассматривается проблема дисбаланса рабочего органа высокоскоростных технологических машин, в частности центробежных агрегатов. Современная тенденция развития технологических машин - повышение производительности. Увеличение числа рабочих характеристик устройств может достигаться различными способами: от разработок новых видов устройств и модернизации существующих до повышения частотных характеристик. Поэтому демпфирование резонансных колебаний, вследствие которого повышается надежность технологических машин, является актуальным в современной технике. Выявлены наиболее опасные виды колебаний, которые приводят к значительным разрушениям рабочего колеса. На основе анализа влияния различных осевых колебаний на рабочее колесо предложен способ устранения колебаний при помощи адаптивного демпфера. Демпферы осевых колебаний, работающие на основе постоянных магнитов, имеют перед механическими демпферами следующие технические преимущества: относительная высокая грузоподъемность, большие скорости вращения при больших температурах, отсутствует необходимость подачи рабочей жидкости и т. п. Магнитные гасители колебаний могут работать на сверхвысоких частотах (свыше 9000 об/мин), поэтому необходимо исследовать их работу в близких к предельным условиях. Адаптивность конструкции заключается в применении резинометаллического материала, благодаря которому возникает упругая сила. Рассматривается комплексный подход к демпфированию: сила магнитного взаимодействия действует совместно с упругой силой. Работа нацелена на установление взаимосвязей основных силовых характеристик. Одним из необходимых критериев любой системы является ее устойчивость, которая оценивается в работе при помощи критерия Л.М. Ляпунова. Основные результаты представлены в виде математических зависимостей теоретической модели.

Аустенитные нержавеющие стали востребованы в промышленности благодаря их физико-механическим свойствам. Одновременно с этим они не лишены недостатков - прочностные свойства не удовлетворяют эксплуатационным требованиям для их использования в изготовлении деталей ответственного назначения. Одним из перспективных способов повышения прочностных свойств сталей является ионно-плазменная обработка. В работе исследовано влияние предварительно деформированной микроструктуры с разной плотностью деформационных дефектов на фазовый и элементный состав поверхностных слоев, формируемых при ионно-плазменной обработке в стабильной аустенитной нержавеющей стали 01Х17Н13М3 (типа 316L). Показано, что термомеханическая обработка по двум режимам способствует формированию зеренно-субзеренной структуры субмикронного масштаба в образцах, а основные различия образцов заключаются в плотности деформационных дефектов и доле малоугловых границ. Выявлено, что при ионно-плазменной обработке в смеси газов азота, аргона и ацетилена при температуре 540°С (12 ч.) в аустенитной стали независимо от типа исходной микроструктуры (индуцированной деформацией с высокой плотностью дефектов зеренно-субзеренной или отожженной зеренно-субзеренной) поверхностный слой образцов имел одинаковый фазовый состав - легированный азотом и углеродом аустенит и феррит (Fe-γ_{N, C} и Fe-α_{N, C}), нитридные и карбонитридные частицы Cr (N, C), Fe₄ (N, C). Высокая плотность неравновесных дефектов кристаллического строения способствует интенсивному насыщению поверхностных слоев азотом и углеродом в аустенитной нержавеющей стали. Развитая дефектная зеренно-субзеренная структура в образцах способствует аккумулированию в процессе ионно-плазменной обработки атомов внедрения (азота и углерода) в поверхностном слое (≈5 мкм) и подавляет объемную диффузию углерода по сравнению с отожжённой зеренно-субзеренной структурой. Экспериментальные результаты, полученные в работе, свидетельствуют о значительном вкладе развитой деформационно-индуцированной высокодефектной микроструктуры в накопление и объемную диффузию атомов внедрения (азота и углерода) при ионно-плазменной обработке стали.

В настоящий момент вопросы обеспечения высокоэффективного терморегулирования в электронных системах остаются актуальными. Более половины случаев отказов электронных систем связано именно с повышенной температурой в местах контакта их элементов. Полупроводниковые компоненты устанавливаются на различные пластины или подложки, которые выполняют функцию элементов отвода тепла и обеспечивают эффективное терморегулирование. Однако подбор материалов для таких пластин является сложной задачей. Получены объемные образцы на основе порошков молибдена и меди искровым плазменным методом. Высокий уровень теплопроводности меди и низкий температурный коэффициент расширения молибдена позволяют использовать эти металлы в качестве элементов отвода тепла для полупроводниковых компонентов. По результатам рентгенофазового анализа установлено, что композиты, помимо основных кристаллических фаз молибдена и меди, содержат карбид димолибдена и оксид молибдена. Присутствие данных химических соединений обусловлено характером процесса спекания в графитовых пресс-формах и качеством исходных материалов. Установлено, что зависимость плотности пор композитов от температуры спекания имеет неоднозначный характер изменения, связанный с чередованием твердофазного и жидкофазного спекания. Исследование образцов методом сканирующей электронной микроскопии показало, что в образцах медь заполняет межзеренное пространство частиц молибдена, тем самым обеспечивая высокую плотность конечных объемных продуктов. При этом спекание при температуре свыше 1060 °C сопровождается вытеканием расплавленной меди из объема пресс-формы, что способствует образованию больших пор с последующим снижением плотности образцов. Выявлено, что при температуре спекания 1060 °C в образце возникает минимальное количество пор, и частицы наиболее тесно прилегают друг к другу.

Разработка биосовместимых низкомодульных β-сплавов, в частности систем Ti-Zr и Ti-Nb, стала новым направлением в медицинском материаловедении. Одной из приоритетных задач физики конденсированного состояния и медицинского материаловедения является исследование физико-химических и морфологических свойств, структуры имплантатов. Поиск оптимального набора параметров покрытий, обеспечивающего наибольшую механическую и биологическую совместимость или инертность с костной тканью, - одна из современных тенденций в области нанесения биопокрытий на поверхность металлических имплантатов. Поставлена и решена задача формирования биоинертного покрытия системы Ti-Zr перспективным методом электровзрывного напыления. Электровзрывным методом получены покрытия состава Ti-Zr на поверхности титанового дентального имплантата (сплав ВТ6). Методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа определен элементный и фазовый состав, изучена морфология и дефектная субструктура покрытия. Определена твердость и модуль Юнга, коэффициент трения и износостойкость сформированного покрытия. Формирование покрытия состава Ti-Zr сопровождается незначительным (относительно подложки без покрытия) снижением параметра износа (повышением износостойкости) поверхностного слоя (на 18 %), повышением коэффициента трения в 1,5 раза, незначительным (на 3 %) повышением твердости и снижением модуля Юнга на 64 %. Установлено, что электровзрывное покрытие является многоэлементным и многофазным, обладает субмикро- и нанокристаллической структурой. Высокие прочностные и трибологические свойства формируемого электровзрывным методом покрытия обусловлены выделением наноразмерных частиц карбидной и оксидной фаз, выявленных методами рентгенофазового анализа.

Современное материаловедение развивается в направлении создания функциональных материалов с регулируемыми свойствами и параметрами. Особое место занимают материалы с электроуправляемыми оптическими свойствами, так называемые электрохромные пленки. Электрохромные пленки могут найти широкое применение при создании нового поколения устройств как в различных сферах электроники, так и в области возобновляемой энергетики. Одним из возможных направлений улучшения технических характеристик электрохромных пленок с практической точки зрения является их модификация углеродными наноматериалами, в частности оксидом графена (GO) и восстановленным оксидом графена (rGO). Использование GO и rGO в качестве модификатора для электрохромных материалов обусловлено рядом уникальных особенностей, а именно низкой чувствительностью к воздействию ультрафиолетового излучения, химической инертностью, высокой удельной площадью поверхности, возможностью изменения зарядового состояния, а также повышенной электропроводимостью rGO. Для получения электрохромных пленок использован метод спрей-пиролиза. Он позволяет получать композитные электрохромные пленки на основе наноразмерного триоксида вольфрама (WO₃), модифицированного rGO. Были исследованы электрохимические характеристики, а также изучено влияние rGO на эффективность работы электрохромных пленок. Электрохромные пленки WO₃/rGO обратимо окрашивались в фиолетовый цвет при напряжении -2,1 В, а также обладали эффектом повышения коэффициента светопропускания при положительном напряжении, равном +2 В. В процессе исследования были изучены спектральные свойства полученных нанокомпозитных электохромных пленок WO₃/rGO при различных значениях электрического потенциала, а также проведена оценка их стабильного циклирования в диапазоне напряжений от -0,7 до 1 В для трехэлектродной системы измерения потенциала. Было установлено, что управляемая активация электрохромных пленок WO₃/rGO, связанная с эффектом увеличения светопоглощения, находится в диапазоне напряжений от -1,6 до -2,2 В, а обратный эффект свойствен диапазону от 0 до +2 В.