Наука и техника

В статье представлены исследования по влиянию технологических параметров высокоэнергетической обработки на эксплуатационные свойства порошковых покрытий из металлокерамики. Как пример высокоэнергетической модификации покрытий рассматривается применение импульсно-плазменной обработки. В качестве использованных порошковых материалов покрытий выбраны различные варианты карбидосодержащей керамики с добавлением твердой смазки на железной основе. Покрытия из карбидосодержащей керамики с добавлением твердой смазки в металлической матрице на железной основе разрабатываются для замены аналогичных с матрицей на никелевой основе. Такие факторы, как трещиностойкость, износостойкость, обрабатываемость, хрупкость, а также экономические составляющие, часто ограничивают применение порошковых материалов на основе карбидной керамики с добавлением твердой смазки в матрице на никелевой основе. Когда определяющим эксплуатационный ресурс детали является только процесс изнашивания, такие порошковые материалы необходимо заменять на более дешевые порошковые материалы на основе карбидной керамики с добавлением твердой смазки в матрице на основе железа. Предлагаемые разработки повышают износостойкость плазменного покрытия благодаря введению в материал высокохромистой стали и молибдена. Формируется оптимальная пористость в исходной порошковой шихте при синтезе композиционных материалов FeCrMo–MoS2–TiC, происходит улучшение технологических параметров порошковых материалов, возрастает их коэффициент использования при плазменном напылении, удешевляется технология нанесения износостойких плазменных покрытий. Добавка элемента Mo в связующее FeCr повышает смачивание расплавом связующего карбидов титана при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе разрабатываемого композиционного порошка. Последующая послойная обработка напыленных плазмой покрытий из порошков разработанной керамики с применением повторяющихся импульсов плазменных потоков с различными уровнями энергии дает возможность сконструировать строго определенные структуры при необходимой и регулируемой пористости, уменьшающейся в определенной последовательности от наружных обработанных слоев до основы. Такой тип обработки приводит к заметному увеличению износостойкости у обработанных поверхностей трения, повышает маслоудерживающую способность, к тому же формируется значительная адгезионная и соответственно когезионная прочность сформированных слоев, граничных с основой. В соответствии с методическими разработками при изменении технологических характеристик импульсно-плазменных воздействий варьировали дистанции обработки, общее количество воздействий. Общее количество импульсов плазмы влияет на создаваемую толщину слоев плазменного покрытия после обработки и способствует оплавлению с уплотнением полученных обработкой плазмой покрытий и созданию структуры с упрочненными характеристиками.

Ключевые слова

Предложена конструкция устройства, обеспечивающего возможность получения композиционных отливок подшипников скольжения на основе баббита путем замешивания в расплав легирующих добавок из антифрикционных порошков твердой смазки (графита, дисульфида молибдена и др.), обладающих плотностью, значительно меньшей по сравнению с плотностью самого баббита. Принцип замешивания основан на использовании многочисленных турбулентных потоков, возникающих вследствие вращения в материале расплава литникового стержня с проволочным ворсом, коэффициент плотности набивки которого не менее 0,1. Благодаря всасывающему воздействию этих потоков неметаллические частицы порошка твердой смазки не всплывают на поверхность расплава и после его кристаллизации остаются в теле отливки. Подача легирующего порошка твердой смазки осуществляется одновременно с подачей расплава баббита через центральный и распределительные литниковые каналы, выполненные во вращающемся стержне. Под действием центробежных сил частицы порошка и материал расплава через распределительные каналы вытекают к стенкам изложницы (формы), проходя через зону вращения металлического ворса. При этом благодаря всасывающему воздействию турбулентных потоков, возникающих за движущимся ворсом, происходит интенсивное смешивание частиц порошка с материалом расплава. Кроме того, в результате вращения проволочного ворса обеспечивается измельчение дендритных составляющих в отливках из баббита. Металлографическими исследованиями полученных на разработанном устройстве отливок установлено, что в структуре отливки, полученной по традиционной технологии, в большом количестве содержатся твердые кристаллы интерметаллидных соединений SnSb и Cu3Sn, в то время как в структуре отливки, полученной с использованием предложенного устройства, наряду с вышеупомянутыми интерметаллидными соединениями, наблюдаются внедренные в закристаллизовавшийся расплав частицы порошка твердой смазки C + MoS2.

Ключевые слова

Получены новые двухслойные износостойкие покрытия композиционного типа «термодиффузионный слой – вакуумное ионно-плазменное покрытие TiAlN», исследованы их дюрометрические и трибологические свойства. Установлено влияние предварительной химико-термической обработки стальной подложки на формирование ряда характеристик поверхности с ионно-плазменным керамическим покрытием. Предварительная карбонитрация, азотирование, карбидизация и борирование позволяют повысить фактически измеренную микротвердость поверхности с покрытием TiAlN в 3,4–13,2 раза и износостойкость по величине объемного износа в 2–3,4 раза. Отмечено, что фактически измеренная нанотвердость покрытий на подложках с термодиффузионными слоями значительно выше, чем на неупрочненных стальных подложках. Так, нанотвердость покрытий TiAlN толщиной 1 мкм на подложках с карбонитридным слоем при индентировании на глубину 0,1–0,9 мкм больше в 1,9 раза, модуль упругости больше в 1,7 раза, индекс пластичности H/E* выше на 13,0 %, показатели упругого восстановления H2/E* и сопротивления пластической деформации H3/E*2 выросли более чем в 2,1 и 2,4 раза соответственно. Вязкость разрушения при этом увеличилась в 4,5 раза. Предварительное борирование стальной подложки приводит к повышению фактически измеренной нанотвердости поверхности с покрытием до 1,8 раза, модуля упругости – до 1,8 раза, H3/E*2 – до 1,8 раза, H3/E*2 – до 1,8, жесткости поверхности – до 10,0 % при сохранении или увеличении до 8,0 % индекса пластичности H/E по сравнению с характеристиками, полученными при наноиндентировании покрытия TiAlN на неупрочненной стальной подложке. Обнаруженное явление связано с повышением вклада упрочненной подложки в упругое восстановление покрытия и индентационным откликом поверхности. Приведены результаты практического применения разработанных износостойких композиций.

Ключевые слова

Рассмотрено относительное срабатывание инструмента, позволяющее не учитывать зависящие от внешних условий трудноопределяемые технологические коэффициенты, а также физические, механические и технологические свойства обрабатываемого материала. Данное срабатывание определяется распределением скоростей скольжения и давления в зоне контакта инструмента и заготовки, а также временем обработки, которые характеризуются геометрическими и кинематическими параметрами исполнительного механизма станка и режимами обработки. Предложено поэтапное моделирование процесса срабатывания рабочей поверхности инструмента: без осцилляции верхнего звена и с его возвратно-вращательным движением. Согласно этому подходу, на первом этапе выполняется расчет распределения скоростей скольжения и давления в зоне контакта притирающихся поверхностей, а на втором этапе при определении относительного срабатывания в точках нижнего звена (инструмента) отслеживается перемещение этих точек из областей зоны контакта с одними значениями указанных величин в области с другими. Получена математическая модель процесса формообразования плоской поверхности в условиях свободного притирания тела и контртела, которая устанавливает количественные связи между режимами обработки и формой обработанной поверхности и является имитационной численной моделью, так как позволяет получать для наперед выбранных моментов времени распределение относительного срабатывания по рабочей поверхности инструмента. 

Ключевые слова

Ультразвуковые методы устранения непроходимости сосудов получили широкое распространение во всем мире. Преимущества – отсутствие оперативного вмешательства, низкая вероятность осложнений и стоимость лечения. Ультразвуковые волноводные системы для разрушения внутрисосудистых образований и устранения непроходимости сосуда изготавливаются в виде полых или сплошных длинномерных стержней постоянного и переменного сечений (концентраторов-волноводов). Ведутся разработки новых методик лечения, основанных на применении ступенчатых ультразвуковых волноводных систем трубчатого типа, позволяющих подавать жидкости в зону дислокации внутрисосудистого образования. Наличие в дистальной части таких волноводных систем полого сферического наконечника с осевым и боковыми микроотверстиями, предназначенными для воздействия образующейся кавитационной струей как на внутрисосудистое образование, так и на пораженный участок сосудистой стенки, позволяет восстанавливать проходимость сосуда с одновременным повышением эластичности сосудистой стенки. Такое комбинированное виброударное и кавитационное воздействие является в настоящее время одним из наиболее эффективных методов лечения внутрисосудистых образований. Анализ размеров, конструкций и материалов для изготовления трубчатых концентраторов-волноводов показывает, что их формообразование возможно проводить различными методами: холодного деформирования, механической, гидроабразивной обработки, с использованием сварочных (или родственных процессов), электролитических, а также комбинированных методов обработки. Существующие процессы получения длинномерных изделий малого диаметра, основанные на пластических методах, механической обработке и физико-технических методах, имеют ряд недостатков, не позволяющих изготавливать трубчатые концентраторы-волноводы с требуемыми характеристиками. В статье представлены результаты анализа литературных источников, а также выполненных экспериментальных исследований, которые позволили обосновать выбор методов поэтапного изготовления трубчатых концентраторов-волноводов: получение трубчатого ступенчатого элемента безоправочным волочением, получение рабочего наконечника раздачей и обжимом, получение боковых отверстий в рабочем наконечнике электрохимической прошивкой.

Ключевые слова

Световое саморазрушение-деградация второго типа наблюдалось в образцах полупроводниковых лазеров с электронным накачиванием энергии с высокой оптической однородностью и хорошим качеством обработки поверхности. В этих образцах появлялись повреждения в виде шнуров, перпендикулярных торцам резонатора. Согласно имеющимся представлениям о прохождении мощных световых потоков через различные среды, возникновение узких световых каналов обусловлено явлением самофокусировки. Оно относится к фундаментальным физическим механизмам распространения лазерного излучения и обусловлено нелинейными явлениями, возникающими в среде под воздействием мощного лазерного излучения. Физическая причина самофокусировки – возрастание показателя преломления n в сильном световом поле. Тепловая самофокусировка – наиболее вероятная причина перераспределения излучения в активной области кристалла. Однако не исключено, что на начальном этапе возникновения световых каналов определенную роль играет рост интенсивности излучения в отдельных участках кристалла из-за нестабильности генерации либо небольших флуктуаций плотности тока накачки. Далее процесс приобретает лавинный характер, поскольку локализация луча в канале увеличивает плотность светового излучения, что может приводить к перегреву вещества и включению механизма тепловой самофокусировки. Выполненные исследования показали, что максимальной устойчивостью к процессам деградации обладают оптически однородные кристаллы. В них величина критической мощности светового разрушения определяется порогом самофокусировки излучения в материале. Поскольку нелинейная добавка к показателю преломления Δn = n2E2 на пороге самофокусировки определяется изменением концентрации неравновесных носителей ΔN(E2), то сама величина максимальной флуктуации ΔNmax пропорциональна значению концентрации неравновесных носителей на пороге генерации ΔNпор и относительному превышению порога генерации J = (j – jn)/jn. Таким образом, низкая пороговая концентрация неравновесных носителей является одним из условий увеличения устойчивости материала к процессам деградации. В легированных кристаллах ΔNпор меньше, чем в собственных материалах. Это, возможно, и объясняет достаточно большие значение Pкр в оптимально легированном однородном n-GaAs. Меньшие значения Pкр в образцах р-типа, легированных цинком, могут быть связаны не только с неоднородностью этих кристаллов, но и с большими порогами генерации. Кроме того, сечение поглощения излучения дырками примерно в 3–4 раза больше, чем электронами, что также может снижать порог саморазрушения лазеров. При Т = 300 К пороги генерации выше, что, естественно, снижает величину порога самофокусировки.

Ключевые слова

Общеизвестно, что коррозия материалов, как явление в природе, носит многогранный характер, где ее зарождение и развитие во многом зависят от микрофлоры окружающей среды. В современном мире коррозия рассматривается в основном как самопроизвольное разрушение твердых тел, вызванное химическими и электрохимическими процессами, развивающимися на поверхности тела при его взаимодействии с внешней средой. Сущность коррозионного разрушения объектов следует изучать в аспекте взаимосвязанных природных явлений и процессов, которые постоянно протекают при контакте объекта с техногенными средами и окружающей средой, содержащими множество микроорганизмов различных родов и видов. Накопление и метаболизм микроорганизмов в поверхностных дефектах твердых тел при создании в контактных зонах благоприятных физических, химических и биологических условий создают участки биоценоза, в которых образуются метаболиты, биогенные элементы и химически активные радикалы, взаимодействующие с контактной поверхностью тела и техногенной средой. Такое взаимодействие порождает протекание на контактных поверхностях как биохимических реакций в микробных клетках, так и биоэнергетических механизмов преобразования энергии – и в самих микроорганизмах, и в окружающем пространстве. Это инициирует химические, электрохимические и биокоррозионные процессы разрушения материалов. Следовательно, явление коррозии представляется как система взаимосвязанных микробиологических и физико-химических процессов разрушения материалов, возникающая при взаимодействии их с микрофлорой контактных техногенных сред и окружающей среды. На основании обобщения и анализа результатов научно-исследовательских работ и с учетом известных достижений и открытий в области науки и техники авторы статьи предлагают новый системный подход и концепцию к явлению коррозионного разрушения твердого тела с учетом биологического фактора, инициирующего коррозионное повреждение и разрушение материалов. 

Ключевые слова

В статье представлена технология получения плоскоконических линз (аксиконов) методом свободного притирания заготовки к плоскому инструменту через слой абразивной суспензии. Для этого были проведены теоретико-экспериментальные исследования закономерностей съема припуска с основания конуса и его боковой поверхности. Выявлены режимы обработки, обеспечивающие как равномерное срабатывание плоской поверхности детали, так и усиленный съем припуска в краевой или центральной зоне этой поверхности. Во время исследований обработки конической поверхности установлены наладочные параметры технологического оборудования, при которых имеют место минимальное отклонение образующей конуса от прямолинейности и максимальная производительность процесса. Предложены этапы обработки конических линз, позволяющие назначить оптимальную последовательность операций при изготовлении такого типа деталей из заготовок цилиндрической формы в случаях, когда отношение высоты конуса к диаметру его основания H/d £ 0,5. К главным этапам обработки относятся: шлифование оснований цилиндрических заготовок с выдерживанием их взаимной параллельности с заданной точностью; полирование одного из оснований цилиндра до достижения требуемых шероховатости и отклонения от неплоскостности; крепление цилиндрической заготовки к вспомогательной плоскопараллельной стеклянной пластинке с помощью сил молекулярного сцепления; механическое крепление цилиндрической заготовки цанговой переходной оправкой за плоскопараллельную стеклянную пластинку; нанесение на второе основание цилиндрической заготовки ближайшей сферы; нанесение конической поверхности на сферическую часть плоско-выпуклой линзы; шлифование и полирование конической поверхности до достижения требуемых шероховатости и прямолинейности образующей конуса. Выявлена степень эффективности наладочных параметров станка в зависимости от технологической наследственности заготовки с точки зрения распределения по обрабатываемой поверхности подлежащего удалению припуска.

Ключевые слова

Проведено физико-химическое исследование керамических материалов на основе манганитов смешанных редкоземельных элементов – La0,8-хLnхCa0,2Mn0,94Cr0,04Ni0,02O3 – электрохимического и каталитического назначения, изготовленных из нитратного сырья на базе полилантаноидного концентрата промышленного типа, соответствующего по соотношению редкоземельных элементов в нем типичной бастнезитовой руде. Для поликристаллических  образцов полученных материалов выявлено формирование после спекания в воздухе при 1500 К однофазной или чаще двухфазной структуры, т. е. смеси кубических перовскитной фазы на основе низкоцериевого или дефектного в А-положении манганита и флюоритной фазы на основе СеО2 с его содержанием, меняющимся в пределах 54–98 %. Предложен механизм фазообразования, возможный при переходе к составам с повышенным содержанием церия при постоянной температуре спекания материалов. Установлено влияние химического состава и структуры данных материалов на их проводимость и плотность, достигаемые при спекании. Исследование электропроводности показало, что манганиты имеют полупроводниковый (р-типа) механизм переноса заряда в температурной области (300–1270) К. Максимальная проводимость в пределах диапазона (290–1270) К достигается в данной низкоцериевой системе  бастнезитового типа для двухфазного материала с составом La0,8-хLnхCa0,2Mn0,94Cr0,04Ni0,02O3 при х = 0,6 и составляет 39 См/см при плотности керамического образца 50 % от теоретической. Замещенные по лантану манганитные материалы, такие как изученные авторами полилантаноидные, могут обеспечить снижение стоимости изготовления электрохимических и других устройств на их основе с учетом ценовой динамики на рынках редкоземельного сырья за последнее десятилетие.

Ключевые слова

ю.