ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2021, №10

Влияние радиационно-стимулированных
разрядов на загрязнение покровных стекол солнечных батарей космических аппаратов


Р. Х. Хасаншин, Л. С. Новиков


Методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) исследованы изменения структуры поверхностей покровных стекол К-208 и CMG после электронного облучения и воздействия молекулярных потоков. Показано, что загрязнение поверхностей стекол, облучаемых электронами при плотностях потока φ от 1010 до 8·1010 см–2с–1, происходит при электростатических разрядах, сопровождающихся выбросом в окружающее пространство плазмоидов, частицы которых и осаждаются на стекле. Экспериментально установлено, что влияние предварительного облучения стекла на осаждение компонент молекулярного потока наиболее эффективно сразу после облучения и со временем снижается. Это обусловлено стоком инжектированного в стекло заряда и снижением исходно высокой реакционной способности веществ разрядных каналов. Также показано, что совместное воздействие на стекла электронов и молекулярного потока значительно увеличило частоту разрядов при заданном значении φ и, как следствие, привело к росту количества разрядных каналов, на поверхностях образцов. Для интерпретации экспериментальных результатов предложена математическая модель осаждения на стекле компонент молекулярного потока.


Ключевые слова: покровные стекла, электронное облучение, электростатические разряды, загрязнение поверхностности, электронно-стимулированная десорбция, механодесорбция.


DOI: 10.30791/1028-978X-2021-10-5-16

Хасаншин Рашид Хусаинович — Акционерное общество “Композит” (141070, г. Королев Московской области ул. Пионерская, 4), кандидат физико-математических наук, доцент, начальник лаборатории; Московский Государственный Технический университет им. Н.Э. Баумана (105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5), доцент кафедры, специалист в области взаимодействия ионизирующего излучения с веществом, математического моделирования. E-mail: rhkhas@mail.ru.

Новиков Лев Симонович — НИИЯФ им. Д.В. Скобельцына МГУ им. М.В.  Ломоносова (119991, Москва, Ленинские горы, 1, стр. 2), доктор физико-мате­матических наук, профессор, заведующий отделом, специалист в области радиационного материаловедения и физики космоса. E-mail:novikov@sinp.msu.ru.

Ссылка на статью:

Хасаншин Р.Х., Новиков Л.С. Влияние радиационно-стимулированных разрядов на загрязнение покровных стекол солнечных батарей космических аппаратов. Перспективные материалы, 2021, № 10, с. 5 – 16. DOI: 10.30791/1028-978X-2021-10-5-16

 

Получение низкогорючего сорбента
на основе пенополиуретана для улавливания радиоактивных форм иода


Э. П. Магомедбеков, А. О. Меркушкин, А. В. Обручиков


Разработан композиционный сорбционный материал на основе высокопористой пенополиуретановой матрицы с нанесенным на поверхность слоем порошка импрегнированного активированного угля. Основой для изготовления образцов сорбента служил химически стойкий ретикулированный пенополиуретан Regicell. В работе были использованы соли веществ, наиболее эффективно ингибирующие процесс горения: фосфаты, сульфаты, бораты и пиросульфаты. В процессе исследования проведен подбор оптимального количества антипирена, а также изучена сорбционная способность образцов материала по отношению к радиоактивному метилиодиду. Установлено, что сорбент, обработанный 20 %-м раствором сернокислого аммония, можно отнести к материалу с низкой горючестью. Изучение сорбционной способности проведено на аттестованном иодном стенде при условиях, соответствующих стандартным для испытаний иодных сорбентов атомных станций. При испытаниях достигнута более 99,9 % эффективность улавливания радиоактивного метилиодида из газового потока, что превышает аналогичный показатель для промышленного гранулированного сорбента на основе торфяного активированного угля, выбранного в качестве сравнения. Установлено, что в ряде случаев значения гидравлического сопротивления газовому потоку, соответствующие изготовленным образцам композиционного сорбента ниже, чем у промышленного. В качестве критерия, позволяющего сравнивать сорбционную способность материалов, характеризующихся разной долей свободного объема, использован относительный индекс сорбционной способности.


Ключевые слова: газообразные радиоактивные отходы; сорбция радиоиода; иод-131; композиционные иодные сорбенты; метилиодид; горючесть; классы горючести.


DOI: 10.30791/1028-978X-2021-10-17-26

Магомедбеков Эльдар Парпачевич — Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (125047, Москва, Миусская пл., 9), кандидат химических наук, заведующий кафедрой, специалист в области разделения изотопов, обращения с радиоактивными отходами. E-mail: eldar@muctr.ru.

Меркушкин Алексей Олегович — Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (125047, Москва, Миусская пл., 9), кандидат химических наук, доцент, специалист в области радиохимии, обращения с радиоактивными отходами, газовой хроматографии. E-mail: polaz@mail.ru.

Обручиков Александр Валерьевич — Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (125047, Москва, Миусская пл., 9), кандидат технических наук, доцент, специалист в области радиохимии, обращения с радиоактивными отходами, газовой хроматографии. E-mail:
alexobruch@mail.ru.

Ссылка на статью:

Магомедбеков Э.П., Меркушкин А.О., Обручиков А.В. Получение низкогорючего сорбента на основе пенополиуретана для улавливания радиоактивных форм иода. Перспективные материалы, 2021, № 10, с. 17 – 26. DOI: 10.30791/1028-978X-2021-10-17-26

 

Адгезионные свойства алюминий-содержащих полимерных композитов, полученных методом механо-химической модификации


Х. В. Аллахвердиева


Рассмотрено влияние содержания мелкодисперсного алюминия и компатибилизатора на сопротивление отслаиванию алюминиевой фольги от поверхности композита на основе полиэтилена низкой плотности и полиэтилена высокой плотности. Для улучшения совместимости наполнителя с полимерной матрицей использовали компатибилизатор, представляющий собой привитые сополимеры полиэтилена различных марок с метакриловой кислотой и малеиновым ангидридом. В качестве субстрата применяли медную и алюминиевую фольгу. Показано, что введение компатибилизатора в состав наполненных алюминием композитов способствует улучшению их сопротивления отслаиванию. Найдено, что, если в качестве адгезива использовать непосредственно компатибилизатор, наполненный алюминием, то сопротивление отслаиванию медной и алюминиевой фольги существенно увеличивается. Самыми высокими значениями сопротивления отслаиванию обладают привитые сополимеры полиэтилена с малеиновым ангидридом. Исследовано влияние температуры прессования на тип адгезионного разрушения. Показано, что с увеличением температуры прессования наблюдается смешанный тип адгезионного разрушения. Экспериментально доказано, что в процентном отношении когезионный тип разрушения преобладает в композитах, где в качестве полимерной матрицы использованы привитые сополимеры. Установлено, что 100 %-й когезионный тип разрушения наблюдается у фольгированных композитов, прессованных при температуре 190 °С, где в качестве адгезива взят привитой сополимер полиэтилена с метакриловой кислотой или малеиновым ангидридом.


Ключевые слова: адгезия, сопротивление отслаиванию, когезия, полимерная матрица, алюминий, рифленая поверхность, фольга, композит, адгезив, субстрат, привитой сополимер, расплав, малеиновый ангидрид, метакриловая кислота.


DOI: 10.30791/1028-978X-2021-10-27-36

Аллахвердиева Хаяла Вагиф гызы — Институт полимерных материалов Национальной академии наук Азербайджана (AZ5004, Азербайджан,
г. Сумгайыт, ул. С. Вургуна 124), кандидат химических наук, доцент, ведущий научный сотрудник, специалист в области механо-химической модификации полимеров, исследования структуры и свойств композитных материалов на их основе. E-mail: najaf1946@rambler.ru.

Ссылка на статью:

Аллахвердиева Х.В. Адгезионные свойства алюминий-содержащих полимерных композитов, полученных методом механо-химической модификации. Перспективные материалы, 2021, № 10, с. 27 – 36. DOI: 10.30791/1028-978X-2021-10-27-36

 

Изменение электропроводности стекла,
кварца и пленок Au, C, МоS2
под влиянием непрерывной
инжекции протонов


Г. С. Бурханов , С. А. Лаченков, М. А Кононов,
А. У. Башлаков, В. М. Кириллова, В. В. Сдобырев


Исследовано изменение электропроводности широкого круга материалов с различным кристаллохимическим типом и электрофизическими свойствами (кварца, стекла, дисульфида молибдена, графита, золота) в условиях непрерывной инжекции протонов. Пленочные образцы слоистых соединений MoS2 и графита получены на шероховатых поверхностях стекла или кварца методом механического втирания порошка. Пленки из золота сформированы на стеклянных подложках магнетронным распылением золотой мишени. Для создания непрерывного потока протонов, инжектируемых в исследуемый образец, использовали стационарный ионный источник с холодным катодом и магнитным полем, формирующим ионный пучок относительно небольшой интенсивности. Сила тока в ионном пучке составляла до 1,2 мА, давление водорода в камере — ~10–2 Па, энергия ионов водорода — от 1 до 4 кэВ. Показано, что в условиях непрерывной инжекции протонов электропроводность тонких пленок со слоистой структурой (MoS2и графита) резко возрастает на 4 – 5 порядков. Этот эффект усиливается при понижении температуры от ~ 293 до ~ 77 К, а также при увеличении количества подводимых к образцу зарядов. В случае непрерывной инжекции протонов в массивные диэлектрики (стекло, кварц) и тонкие пленки золота заметного изменения электропроводности не обнаружено.


Ключевые слова: электропроводность, ионный источник, инжекция протонов, тонкие пленки, слоистая структура.


DOI: 10.30791/1028-978X-2021-10-37-46

Бурханов Геннадий Сергеевич — Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский пр., 49), член-корр. РАН, заведующий лабораторией, специалист в области физико-химии и технологии неорганических материалов. E-mail: genburkh@imet.ac.ru. Скончался 04.01.2021.

Лаченков Сергей Анатольевич — Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А.  Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский пр., 49), кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области сверхпроводящих материалов, металлофизики сверхпроводников. E-mail: lachenck@imet.ac.ru.

Кононов Михаил Анатольевич — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр “Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук” (119334, Москва, ул. Вавилова 38), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области физики тонких пленок и физики поверхности, магнетронного напыления. E-mail: mike091956@gmail.com.

Башлаков Анатолий Уранович — Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А.  Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский пр., 49), младший научный сотрудник, специалист по физической электронике и физике поверхности. E-mail: bashlakov@gmail.com.

Кириллова Валентина Михайловна — Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский пр., 49), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области физико-химии и технологии неорганических материалов. E-mail: vkirillova@imet.ac.ru.

Сдобырев Владислав Владимирович — Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский пр., 49), научный сотрудник, специалист в области материаловедения тугоплавких и редких металлов. E-mail: vkirillova@imet.ac.ru.

Ссылка на статью:

Бурханов Г.С., Лаченков С.А., Кононов М.А, Башлаков А.У., Кириллова В.М., Сдобырев В.В. Изменение электропроводности стекла, кварца и пленок Au, C, МоS2 под влиянием непрерывной инжекции протонов. Перспективные материалы, 2021, № 10, с. 37 – 46. DOI: 10.30791/1028-978X-2021-10-37-46

 

Жаростойкость медно-никелевых сплавов, синтезированных искровым
плазменным спеканием


Н. П. Бурковская, Н. В. Севостьянов,
Ф. Н. Карачевцев, Е. М. Щербаков


Представлены данные по высокотемпературным испытаниям на жаростойкость порошковых материалов на медно-никелевой основе. Компактирование образцов проводили искровым плазменным спеканием (Spark Plasma Sintering — SPS). Изучены особенности окисления образцов медно-никелевых сплавов с различными легирующими элементами. По результатам исследований установлена зависимость скорости роста оксидной пленки от температуры высокотемпературного окисления, рассмотрено влияние легирующих элементов в составе образцов спеченных медно-никелевых сплавов на их жаростойкость. Определено, что для всех рассмотренных составов медно-никелевых сплавов, синтезированных искровым плазменным спеканием температура 20-часового испытания на жаростойкость 1000 °С не является предельной, поскольку образцы сохраняют свою целостность. Показано, что наибольшую жаростойкость обеспечивает легирование медно-никелевых сплавов алюминием и хромом. Скорость прироста окалины для состава Cu – Ni – Cr – Al составляет 1,49·10–3 г/см3, что ниже скорости окисления чистого никеля 3,78·10–3 г/см3при 1000 °С. Эти два образца демонстрируют наименьшую скорость привеса после испытаний при 1000 °С, для составов Cu – Ni – Al, Cu – Ni – Cr – Si и 50 масс. % Cu – 50 масс. % Ni скорость окисления увеличивается на два порядка, для составов Cu – Ni – Si и Ni — на три порядка.


Ключевые слова: жаростойкость, медно-никелевые сплавы, система Cu – Ni, высокотемпературное окисление, порошковая металлургия, искровое плазменное спекание.


DOI: 10.30791/1028-978X-2021-10-47-55

Бурковская Наталия Петровна — ФГУП ВИАМ (105005, Москва, ул. Радио, 17), кандидат химических наук, научный сотрудник, специалист в области жаропрочных металлических композиционных материалов. E-mail: burkovskaya.n@gmail.com.

Севостьянов Николай Владимирович — ФГУП ВИАМ (105005, Москва, ул. Радио, 17), кандидат технических наук, начальник сектора, специалист в области металлических композиционных материалов. E-mail: kolia-phone@mail.ru.

Карачевцев Федор Николаевич — ФГУП ВИАМ (105005, Москва, ул. Радио, 17), кандидат химических наук, начальник лаборатории, специалист в области спектральных, химико-аналитических исследований и эталонных образцов. E-mail: kara4ev@mail.ru.

Щербаков Евгений Михайлович — ФГУП ВИАМ (105005, Москва, ул. Радио, 17), начальник сектор, специалист в области жаропрочных металлических композиционных материалов. E-mail: aiam.mcm@mail.ru.

Ссылка на статью:

Бурковская Н.П., Севостьянов Н.В., Карачевцев Ф.Н., Щербаков Е.М. Жаростойкость медно-никелевых сплавов, синтезированных искровым плазменным спеканием. Перспективные материалы, 2021, № 10, с. 47 – 55. DOI: 10.30791/1028-978X-2021-10-47-55

 

Кальциетермическое восстановление
танталатов железа и марганца


Р. И. Гуляева, С. В. Сергеева, С. А. Петрова,
Л. Ю. Удоева


Изучены процессы кальциетермического восстановления металлов из танталатов железа (FeTa2O6) и марганца (MnTa2O6), а также оксида тантала (Ta2O5). По результатам термодинамического анализа, выполненного в интервале температур 373 – 2773 К, взаимодействие FeTa2O6 и MnTa2O6с кальцием протекает до полного восстановления металлов. Расчет и сравнение констант равновесия lgK реакций алюмино- и кальциетермического восстановления танталатов железа и марганца показали термодинамическое преимущество использования в качестве восстановителя металлического кальция. Экспериментальные исследования кальциетермического восстановления выполнены на образцах синтезированных оксидов методом совмещенной термогравиметрии и дифференциально-термического анализа в режиме неизотермического нагрева до 1473 К в потоке аргона. Для определения фазового состава исходных образцов и продуктов взаимодействия использован метод рентгеновской порошковой дифракции. Показано, что кальциетермическое восстановление металлов из синтезированного танталата марганца активно протекает при температурах выше 1196 К, а танталата железа и оксида тантала — при появлении расплавленного кальция. В состав основных металлических составляющих продуктов взаимодействия FeTa2O6и MnTa2O6 с кальцием входят тантал и его твердые растворы с железом или марганцем, соответствующие структурному типу Ta7Fe6.


Ключевые слова: кальциетермическое восстановление, танталат железа, танталат марганца, термический анализ, рентгенография, термодинамика.


DOI: 10.30791/1028-978X-2021-10-56-64

Гуляева Роза Иосифовна — Институт металлургии УрО РАН (620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101), кандидат химических наук, старший научный сотрудник, специалист в области термического анализа и калориметрии, кинетики, структуры материалов. E-mail: gulroza@mail.ru.

Сергеева Светлана Владимировна — Институт металлургии УрО РАН (620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области фазовых превращений и синтеза, исследований минералов, оксидов. E-mail: lazarevasv@mail.ru.

Петрова Софья Александровна — Институт металлургии УрО РАН (620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области высокотемпературной рентгенографии, фазовых переходов. E-mail: danaus@mail.ru.

Удоева Людмила Юрьевна — Институт металлургии УрО РАН (620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области термодинамического моделирования, фазовых превращений, химии и металлургии сплавов редких металлов. E-mail: lyuud@yandex.ru.

Ссылка на статью:

Гуляева Р.И., Сергеева С.В., Петрова С.А., Удоева Л.Ю. Кальциетермическое восстановление танталатов железа и марганца. Перспективные материалы, 2021, № 10, с. 56 – 64. DOI: 10.30791/1028-978X-2021-10-56-64

 

Определение рациональных
технологических параметров
селективного лазерного сплавления
порошка алюминиевого
сплава AlSi10Mg


А. В. Агаповичев, А. И. Хаймович, В. В. Кокарева,
В. Г. Смелов


Проведены химический и гранулометрический анализ порошка алюминиевого сплава AlSi10Mg. Установлено, что частицы порошка в основном имеют несферическую форму, со значительным количеством включений в виде сателлитов. Распределение частиц по размерам варьируется в диапазоне от 5 до 60 мкм. Наблюдается наличие конгломератов размером до 70 мкм. Проведено исследование влияния параметров сканирования на предел прочности и относительное удлинение образцов. Установлено, что в области интервала скоростей сканирования 910 – 930 мм/c наблюдаются локальные минимумы механических свойств. С целью оптимизации параметров сканирования использованы комплексные показатели качества. Наибольшей желательностью с точки зрения получения максимальной прочности и пластичности материала является сочетание параметров сканирования: мощность лазерного излучения — 350 Вт, шаг сканирования — 0,19 мм, скорость сканирования — 980 мм/с, при толщине слоя 50 мкм. Представлены результаты испытаний цилиндрических образцов, изготовленных под углами 0° и 90° относительно платформы построения.


Ключевые слова: селективное лазерное сплавление, металлический порошок, плотность материала, AlSi10Mg, предел прочности материала, относительное удлинение, рациональные параметры сканирования.


DOI: 10.30791/1028-978X-2021-10-65-73

Агаповичев Антон Васильевич — Самарскй университет, кафедра технологий производства двигателей (443086 Самара, Московское шоссе, 34), кандидат технических наук, доцент, специалист в области аддитивных технологий. E-mail: agapovichev5@mail.ru.

Хаймович Александр Исаакович — Самарскй университет, кафедра технологий производства двигателей (443086 Самара, Московское шоссе, 34), доктор технических наук, доцент, специалист в области аддитивных технологий.

Кокарева Виктория Валерьевна — Самарскй университет, кафедра технологий производства двигателей (443086 Самара, Московское шоссе, 34), кандидат технических наук, доцент, специалист в области аддитивных технологий.

Смелов Виталий Геннадиевич — Самарскй университет, кафедра технологий производства двигателей (443086 Самара, Московское шоссе, 34), кандидат технических наук, доцент, специалист в области аддитивных технологий.

Ссылка на статью:

Агаповичев А.В., Хаймович А.И., Кокарева В.В., Смелов В.Г. Определение рациональных технологических параметров селективного лазерного сплавления порошка алюминиевого сплава AlSi10Mg. Перспективные материалы, 2021, № 10, с. 65 – 73. DOI: 10.30791/1028-978X-2021-10-65-73

 

Численная оценка кинетических
параметров докритического
роста трещин в конструкционных
клеевых соединениях
при длительном статическом
нагружении с использованием
модели когезионной зоны
и экспериментальных данных


А. А. Устинов, П. Г. Бабаевский, Н. А. Козлов,
Н. В. Салиенко


Предложен численный метод моделирования и расчета кинетики докритического подрастания трещины с построением кинетических G – V диаграмм для конструкционных клеевых соединений при длительном статическом нагружении. Нагрузку задавали глобальным докритическим раскрытием трещины по моде I. Моделирование и расчеты проведены с использованием модели когезионной зоны, имплантированной в метод конечных элементов в пакете прикладных программ ANSYS. Параметры закона когезионной зоны и кинетики докритического роста трещин экспериментально определяли для образцов в виде двойной консольной балки из пластин алюминиевого сплава, склеенных эпоксидным клеем промышленной марки. Сравнение расчетных и экспериментальных данных показало хорошую корреляцию.


Ключевые слова: конструкционные клеевые соединения, кинетика докритического роста трещины, длительная статическая нагрузка, заданное раскрытие трещины, модель когезионной зоны, метод конечных элементов, параметры закона когезионной зоны, кинетическая G – Vдиаграмма.


DOI: 10.30791/1028-978X-2021-10-74-84

Устинов Андрей Анатольевич —Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет) — МАИ (121552, Москва, ул. Оршанская, 3), ассистент кафедры, специалист в области материаловедения и технологий полимерных композиционных материалов. E-mail: ustinershovskiy@yandex.ru

Бабаевский Петр Гордеевич — Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет) — МАИ (121552, Москва, ул. Оршанская, 3), доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой, специалист в области материаловедения и технологий полимерных композиционных материалов. E-mail: babaevskiypg@mati.ru.

Козлов Николай Алексеевич —Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет) — МАИ (121552, Москва, ул. Оршанская, 3), доктор технических наук, доцент, профессор кафедры, специалист в области материаловедения и технологий полимерных композиционных материалов, методов их исследований. E-mail: mail-kna@mail.ru.

Салиенко Николай Викторович — Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет) — МАИ (121552, Москва, ул. Оршанская, 3), кандидат технических наук, доцент, специалист в области материаловедения и технологий полимерных композиционных материалов. E-mail: intdep@mati.ru.

Ссылка на статью:

Устинов А.А., Бабаевский П.Г., Козлов Н.А., Салиенко Н.В. Численная оценка кинетических параметров докритического роста трещин в конструкционных клеевых соединениях при длительном статическом нагружении с использованием модели когезионной зоны и экспериментальных данных. Перспективные материалы, 2021, № 10, с. 74 – 84. DOI: 10.30791/1028-978X-2021-10-74-84