Preview
№ 3 (2019)
8-14 5
Аннотация
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.
15-22 4
Аннотация
Наноструктурные медь и ее оксиды Cu2O и CuO являются перспективными для широкого применения в различных областях промышленности и техники материалами. Среди большого числа существующих методов их получения выделяется, благодаря своей технической и экономической эффективности, метод растворного самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС-Р), основанный на горении смеси реагентов сильно экзотермических окислительно-восстановительных реакций в растворе. Приведены результаты впервые проведенного термодинамического анализа реакции окислителя - нитрата меди Cu(NO3)2 и восстановителя (топлива) - мочевины CO(NH2)2, растворенных в дистиллированной воде. Составлено общее стехиометрическое уравнение окислительно-восстановительной реакции, выбраны условия для проведения термодинамического анализа. Применение компьютерной программы THERMO позволило рассчитать адиабатические температуры и составы продуктов реакции в зависимости от соотношения топливо/окислитель в смеси реагентов, определяемого величиной известного критерия φ, и наличия внешнего молекулярного кислорода в зоне реакции; определить условия протекания окислительно-восстановительной реакции в режиме растворного объемного СВС с образованием наночастиц меди и оксидов меди CuO и Cu2O. В случае топливо-бедных смесей реагентов ( φ ≤1) внутреннего атомарного кислорода в составе смеси с избытком хватает для полного окисления топлива, и обеспечивается образование оксида меди CuO. В случае топливо-богатых смесей ( φ ≥1) решающее значение имеет наличие или отсутствие внешнего газообразного кислорода в зоне реакции: при стехиометрическом его содержании газовая среда является окислительной и реакция СВС-Р сопровождается образованием оксида меди CuO; в отсутствие внешнего молекулярного кислорода газовая среда является восстановительной, и реакция СВС-Р приводит к синтезу чистой меди.
23-32 4
Аннотация
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-γN, C и Fe-αN, 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.
33-39 8
Аннотация
Гигацикловая усталость (ГЦУ) - явление усталостного разрушения при напряжениях ниже классического предела усталости, возникающее при количестве циклов ≥107 вследствие роста внутренней усталостной трещины. Поверхность разрушения сталей и сплавов при ГЦУ разделяется на зоны, такие как мелкозернистая область (МЗО) и так называемый «рыбий глаз» (РГ). Различие в морфологии поверхности трещины можно численно оценить по параметру шероховатости. Y. Murakami и соавторы показали, что величина линейной шероховатости Ra пропорциональна коэффициенту интенсивности напряжений, тогда как K. Shiozawa и соавторы измерили Ra в МЗО и РГ. S. Stanzl-Tschegg, B. Schönbauer обнаружили промежуточную гладкую область (ГО) между МЗО и РГ. Однако количественный фрактографический анализ этой зоны не проводился, что и стало целью настоящей работы. Закаленные на мартенсит и азотированные образцы стали 42CrMo4 были испытаны циклически при симметричном нагружении ( R =-1) на резонансной частоте 19,5 кГц на машине для ультразвуковых усталостных испытаний (УЗУИ). Поверхности разрушения были проанализированы с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (КЛСМ). ГО была экспериментально выявлена как зона усталостного разрушения между МЗО и РГ, характеризующаяся визуальной гладкостью, а также минимальными численными значениями параметров поверхностной шероховатости: Sq =4,15 мкм (шероховатость), S‘q =0,60 мкм (микрошероховатость) и Rs =1,02 (характеристическая площадь поверхности). Установлено, что гладкая область является результатом распространения внутренней усталостной трещины на стадии, предшествующей стадии стабильного роста трещины.
40-46 3
Аннотация
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.
47-53 6
Аннотация
Порошок марки ПГ-СР2, имеющий систему легирования Ni-Cr-B-Si, применяется для лазерной наплавки на детали, работающие в условиях износа, коррозии, эрозии и повышенных температур. Значительная волнистость и шероховатость поверхности, получаемая в результате лазерной наплавки, в настоящее время устраняется шлифованием абразивными кругами. Ранее авторами была показана возможность проведения финишной фрикционной обработки покрытия ПГ-СР2 индентором из мелкодисперсного кубического нитрида бора на воздухе при нагрузке 350 Н. Однако при проведении фрикционной обработки повышение нагрузки на индентор может влиять неоднозначно. Кроме того, ранее не было рассмотрено состояние инденторов после проведения фрикционной обработки покрытия ПГ-СР2, что является одним из важных аспектов выбора технологических параметров фрикционной обработки. Поэтому в настоящей работе изучалась твердость, качество поверхности покрытия ПГ-СР2 после проведения фрикционной обработки при нагрузках на индентор 350 Н и 500 Н, проводилось сравнение с характеристиками поверхности после электрополировки и шлифовки, а также исследовались поверхности инденторов после таких обработок. Показано, что в процессе проведения фрикционной обработки при нагрузке 500 Н на поверхности покрытия ПГ-СР2 происходят процессы схватывания, приводящие к формированию поверхности с повышенной шероховатостью и препятствующие максимальному деформационному упрочнению покрытия. Это приводит к переносу материала покрытия на поверхность вершины индентора. Химический состав на поверхности индентора после фрикционной обработки при нагрузке 350 Н не меняется, кроме того, такая обработка формирует наиболее твердую и качественную поверхность с пониженными параметрами шероховатости, и может быть рекомендована в качестве финишной упрочняющей операции получения деталей с покрытием ПГ-СР2.
54-60 5
Аннотация
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.
61-68 6
Аннотация
Представлены результаты исследования возможной взаимосвязи максимального давления сгорания, характеризующего эффективность тепловыделения, с основными характеристиками сгорания в поршневых ДВС. При проведении экспериментов для изменения характеристик распространения пламени в бензовоздушную смесь добавлялся водород в количестве 3 и 5 % от массового расхода топлива, а также изменялась турбулентность рабочего тела при использовании двух значений частот вращения коленчатого вала. Определены зависимости максимального давления сгорания Pzmax топливно-воздушной смеси (ТВС) и величины ионного тока пламени в зоне, наиболее удаленной от свечи зажигания, от состава бензовоздушной смеси с добавками водорода при ее горении в камере сгорания переменного объема. Добавка водорода приводит к сокращению времени сгорания, росту величины ионного тока и максимального давления сгорания ТВС. Рассмотрены основные характеристики сгорания: время, ионный ток, объем в момент достижения максимума давления, турбулентность, частота вращения коленчатого вала - и их влияние на величину максимального давления сгорания. Определена взаимосвязь максимального давления сгорания с величиной ионного тока, отражающей интенсивность химических реакций горения в зоне, наиболее удаленной от свечи зажигания, а также с объемом завершения сгорания. Экспериментальные точки с высокой степенью точности соединяются одной кривой. Полученные экспериментальные зависимости могут быть представлены в виде полинома 2-го порядка. Определено влияние изменения турбулентности за счет смены частоты вращения коленчатого вала на Pzmax. Предложена эмпирическая математическая зависимость, связывающая максимальное давление сгорания и частоту вращения коленчатого вала. Зная максимальное значение давления сгорания на одном скоростном режиме и используя полученную зависимость, можно прогнозировать значение его величины для всего диапазона скоростных режимов работы двигателя.
69-76 19
Аннотация
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.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2073-5073 (Print)
ISSN 2712-8458 (Online)