Технологические процессы и материалы. Рубрика в журнале - Сибирский аэрокосмический журнал
Статья научная
Целью настоящей работы является обнаружение закономерностей формирования структуры поверхностного слоя высокохромистой стали, подвергнутой азотированию в плазме газового разряда низкого давления с использованием плазмогенератора с накаленным катодом «ПИНК». Нагревание образцов до температуры азотирования осуществляли ионной компонентой плазмы, а также электронной и ионной компонентами плазмы (элионный режим). Объектом исследования являлась жаропрочная коррозионностойкая сталь аустенитного класса марки 20Х23Н18 (зарубежный аналог AISI 310S). Актуальность исследований обусловлена сравнительно низким уровнем твердости и износостойкости сталей данного класса. Азотирование стали осуществляли на установке «ТРИО», дооснащенной блоком коммутации для реализации элионного (электронного и ионного) режима обработки. Установлено, что толщина упрочненного слоя составляет 55-60 мкм и слабо зависит от метода азотирования, температуры (в интервале 793-873 К) и длительности (3-5 ч) процесса. Выявлен режим азотирования, позволяющий формировать поверхностный слой с микротвердостью 13,7 (ионный режим нагревания) и 10,8 ГПа (элионный режим нагревания). Установлено, что высокие прочностные и трибологические свойства азотированной стали обусловлены формированием в поверхностном слое нанокристаллической структуры, основными фазами которой являются нитриды железа Fe4N и нитриды хрома CrN. Показано, что нагревание образцов до температуры азотирования в элионном режиме, использующем электронную и ионную компоненту плазмы, приводит к существенно меньшему уровню шероховатости материала по сравнению с образцами, нагревание которых при азотировании осуществляли ионной составляющей плазмы.
Бесплатно
Статья научная
Силумины заэвтектического состава являются перспективными современными материалами широкого назначения (машиностроение, авиация, приборостроение, медицина и т. д.). Недостатками заэвтектических силуминов, существенно ограничивающих сферу их применения, являются поры и раковины, крупные (порядка 100 мкм) включения вторых фаз пластинчатой и игольчатой формы. В результате выполненных в работе исследований продемонстрирована возможность формирования в поверхностном слое силумина структурно-фазовых состояний, размер и морфология кристаллитов которых может целенаправленно изменяться в пределах от десятков микрометров до десятков нанометров. Выявлены режимы облучения, позволяющие более чем в 5 раз повысить микротвердость (15 Дж/см2, 150 мкс, 0,3 с-1, 5 имп.) и более чем в 3 раза повысить износостойкость (50 Дж/см2, 150 мкс, 0,3 с-1, 5 имп.) силумина.
Бесплатно
Структурные и магнитные свойства CoPt(111) пленок, полученных с помощью твердофазных реакций
Статья научная
Исходные Co(001)/Pt(111) плёночные структуры получены последовательным термическим осаждением слоя Со с кубической кристаллической решеткой и Pt(111) из мишени, распыляемой с использованием методики магнетронного распыления на монокристаллическую подложку MgO(001) в вакууме 10 -6 торр. В экспериментах использовались образцы с 1Со:3Pt и 1Со:1Pt атомным отношением общей толщиной порядка 300 нм. Исходные образцы отжигались в диапазоне температур от 250 до 850 ºС с шагом 50 ºС в течение 40 мин. Рентгеноструктурные исследования показали, что в двухслойных структурах с атомным соотношением реагентов 1/3, при температурах отжига Т = 500 и 850 ºС в результате межслойного химического взаимодействия формируются фазы эпитаксиального кубического соединения CoPt 3 (L1 2 ) c ГЦК-решеткой (a = 3,856 Å). Отжиги этих же структур с соотношением 1/1 приводят к формированию второй фазы СoPt (L1 0 ) с тетрагональным искажением, которая способствует получению высоких значений константы одноосной магнито-кристаллографической анизотропии K 1 и определяет легкое направление намагничивания (ось c). Синтезированный образец, состоящий из двух магнитных фаз, имеет намагниченность насыщения, сопоставимую со значением М S для пленки L1 2 -CoPt 3 , плоскостную анизотропию с К 1 = 5,6 · 10 5 эрг/см 3 и Н С ~ 10 3 Э. Вновь сформированная L1 0 -CoPt-фаза растет эпитаксиально на базе предварительно синтезированной L1 2 -CoPt 3 -фазы с тем же ориентационным соотношением.Особенностями пленки с атомным соотношением Co/Pt = = 1/1 при Т = 850 ºС является наличие «вращательной» анизотропии, обусловленное обменным взаимодействием двух сформированных упорядоченных фаз CoPt(111) и CoPt 3 (111) с ферромагнитным порядком, и легкую ось, которую можно переориентировать наложением магнитного поля. Меняя соотношение реагентов в системе, существует возможность изменять последовательность фазообразования.
Бесплатно
Твердофазные реакции в пленочных двуслойных структурах переходных металлов
Статья научная
Исследованы фазовые превращения и магнитные свойства пленочных слоистых структур Fe/Pd и CoCr при термообработке. Показано, что в двухслойных пленках Fe/Pd, выращенных на подложках из MgO, в зависимости от толщинных соотношений железа и палладия и от температуры отжига в системе формируются две упорядоченные фазы - L1 0-FePd(001) и L1 2-FePd 3(001). Исследования магнитных свойств фаз показали, что L1 0-фаза является высокоанизотропной, обладает перпендикулярной анизотропией и большой величиной коэрцитивной силы, а L1 2-фаза - магнитомягкая и имеет высокие значения намагниченности насыщения. Показано, что в пленках системы CoCr появляется перпендикулярная анизотропия, которая вызвана уменьшением значения анизотропии формы и фактом текстурированности и расположения пленки гексагональной с-осью нормально плоскости пленки. Твердофазный синтез в системе CoCr приводит к образованию фазы твердого раствора хрома на базе гексагонального кобальта ε-Co(Cr). Полученные результаты имеют как научное, так и прикладное значение.
Бесплатно
Теоретический поиск и исследование магнитных фаз силицидов марганца на поверхности кремния (001)
Статья научная
Необходимость уменьшения массы и размеров электронных приборов и вместе с тем увеличения их быст- родействия и энергоэффективности наиболее остро выражена в сфере космического приборостроения. Один из возможных путей развития электроники в этом направлении - переход к устройствам, базирующимся на новых физических принципах, таких как манипулирование спином электрона. Поиск новых материалов для таких устройств требует привлечения новых подходов в рамках современного материаловедения, включая использование методов теоретического предсказания соединений для их дальнейшего экспериментального син- теза и изучения. Перспективная для спинтроники система Mn-Si является серьёзным вызовом для теоретических исследо- ваний из-за своей запутанной фазовой диаграммы с большим количеством метастабильных фаз, многие из которых обнаруживаются только в определённых наноразмерных системах, таких как тонкие пленки. Представлен поиск и исследование новых фаз силицидов марганца, образование которых возможно при эпитаксиальном росте на поверхности кремния (001). Исследование проводилось при помощи квантово- химического моделирования с использованием эволюционного алгоритма поиска стабильных структур и расчетов в рамках теории функционала электронной плотности. Из всего разнообразия обнаруженных фаз наибольшим магнитным моментом - 0,71 μB на атом марганца, обладает тетрагональная P4/mmm-фаза дисилицида мар- ганца. Для этой фазы были рассмотрены различные конфигурации интерфейсов с кристаллическим кремнием, определены их электронные и магнитные свойства. Высокое значение спиновой поляризации на уровне Ферми (-66 %) говорит о перспективности пленок такого силицида для спинтронных устройств. Выявлено влияние конечной толщины плёнки на магнитные моменты атомов марганца, вплоть до исчезновения спиновой поляри- зации. Показано, что наличие интерфейса с кремниевой подложкой существенно сказывается только на бли- жайшем к нему слое силицида, в то время как оборванные связи на поверхностном слое силицида распростра- няют свое влияние на электронную структуру 2-3 слоев вглубь силицида, что позволяет говорить о сохране- нии магнитных свойств пленок найденного силицида при их малой толщине, начиная с нескольких нанометров.
Бесплатно
Теоретическое исследование влияния допирования поверхности Si (100) на сорбцию и диффузию лития
Статья научная
В настоящее время перспективным анодным материалом нового поколения считается кремний, поскольку он имеет самую высокую теоретическую удельную емкость (4200 мАч/г). Однако одной из проблем, препятствующих широкому использованию данного материала, является медленная диффузия лития с поверхности кремния в объем, которая может быть решена с помощью модификации поверхности кремния. Проведено моделирование поверхностных процессов сорбции и диффузии лития в допированной поверхности Si (100) с помощью метода функционала плотности. В ходе исследования допирования Si (100) одиночными атомами B, Ga, Ge выявлено, что для всех выбранных нами допантов наиболее выгодны положения замещения кремния, а не адсорбции. Энергия связи допанта с пластиной кремния ослабевает в ряду от германия к галлию. Найдено, что атом бора замещает атом третьего слоя кремния, а германий и галлий занимают положение в первом слое. Тенденция первоначальной сорбции атомов лития в канале между димерами по сравнению с чистым материалом сохраняется и при допировании одиночными атомами B, Ga, Ge. Наблюдается значительное снижение (в случае бора) и увеличение (для галия и германия) энергетических барьеров перехода атома лития по поверхности кремниевой пластины. Величины энергетических барьеров перехода L-U с поверхности в приповерхностные слои при допировании возрастают на 0,05 эВ, что свидетельствует о замедлении данной стадии. В результате работы было обнаружено, что допирование бором, галлием и германием (концентрация составляет 0,3 атомных %) поверхности Si (100) не оказывает значительного влияния на сорбционные и диффузионные параметры.
Бесплатно
Теоретическое исследование внедрения атомов лития в кремний
Статья научная
Рассматривается процесс диффузии атомов лития в приповерхностные слои кремния (001). Расчеты выполнялись в рамках теории функционала плотности. Показано, что при малой концентрации лития на реконструированной поверхности кремния (001) энергия связи в подповерхностном слое ниже, чем на поверхности, что препятствует диффузии лития внутрь кристалла. Подобная ситуация существенно не меняется при увеличении температуры. Анализ частот перескока одиночных атомов лития с поверхности в приповерхностные слои показал, что в случае малых концентраций миграция атомарного Li будет осуществляться практически по одному пути реакции (из положения L-состояния, в котором литий находится в канале между димерами). При концентрации лития в два монослоя, наоборот, диффузия в подповерхностные слои становится более предпочтительна. Поскольку при достижении концентрации в один монослой происходит изменение симметрии димеров, диффузия лития внутрь кристалла также облегчается вследствие увеличения плотности положений в каналах между димерами. Таким образом, результат моделирования позволил объяснить причину экспериментального факта затруднения диффузии лития при прохождении через данную поверхность и определить пути возможной модификации поверхности, которая должна увеличить энергию связи атомов лития в приповерхностных состояниях при низких степенях заполнения им поверхности.
Бесплатно
Теоретическое исследование диффузии лития в поверхностных слоях диоксидов титана и олова
Статья научная
Методом формализма функционала плотности DFT проведено исследование геометрической структуры пластин нанометровой толщины составов SnO 2 и TiO 2, а также свойств диффузии атомов лития в них. Рассчитано оптимальное положение атомов лития на поверхности и в приповерхностных слоях нанопластин. Показано, что атомы лития эффективно адсорбируются на поверхности оксидов, причем наиболее выгодным положением атома лития при сорбции на поверхности является положение над атомом металла. Рассчитаны высоты потенциальных барьеров перехода атомов лития между оптимальными положениями и показано, что атомы лития могут проникать внутрь пластин только путем близлежащей трансформации структуры оксида.
Бесплатно
Теоретическое исследование сорбции атомов лития на углеродных наноструктурах
Статья научная
Представлено теоретическое исследование различных углеродных наноструктур (фуллерены, buckygym, дефекты углеродных плоскостей) как потенциального материала для изготовления анодов в литий-ионных батареях. Рассмотрены процессы сорбции атомов и кластеров лития в объем и на поверхности данных материалов.
Бесплатно
Теоретическое исследование сорбции водорода в интерметаллических соединениях Al 3Ti, Al 3Ni и Al 4Pd
Статья научная
Представлено теоретическое исследование интерметаллидов Al 3Ti, Al 3Ni и Al 4Pd как потенциальных материалов, которые могут образовываться при синтезе тонких пленок титана, никеля и палладия на поверхности алюминия. При помощи теории функционала плотности изучена возможность образования гидридов данных соединений.
Бесплатно
Теоретическое исследование сорбции и диффузии водорода в интерметаллиде Mg 2Ni
Статья научная
Представлено теоретическое исследование интерметаллида Mg 2Ni как потенциального материала для абсорбирования водорода. Рассмотрены процессы сорбции и диффузии водорода в объеме данного материала. Изучено влияние структурных характеристик на энергию сорбции атомов водорода.
Бесплатно
Тепловакуумная отработка космических аппаратов: развитие новых тенденций
Статья научная
Рассмотрены вопросы имитации условий космического пространства в ходе тепловакуумной отработки космических аппаратов, дана характеристика испытательным стендам в ОАО « Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» (далее - ООО «ИСС»). Приведены обоснования создания принципиально нового комплекса для тепловакуумных испытаний космических аппаратов.
Бесплатно
Тепловые свойства, магнето- и барокалорический эффекты в кристалле La 07Pb 03MnO 3
Статья научная
Исследованы теплоемкости теплового расширения интенсивного магнетокалорического эффекта, а также исследованы восприимчивость к внешнему гидростатическому давлению кристалла Ьа 0?7РЪ 0?зМпОз. Экспериментальные результаты проанализированы в рамках мегнетокалорической и барокалорической эффективности манганитов в окрестности ферромагнитного фазового перехода.
Бесплатно
Статья научная
Выполнены измерения теплоемкости и теплового расширения керамического композита 0.82(PbTiO 3) - 0.18(La 0,7Pb 0,3MnO 3) в широком интервале температур. Исследовано взаимное влияние сегнетоэлектрического и ферромагнитного компонентов на электро-, магнето- и барокалорическую эффективность материала в области фазовых переходов.
Бесплатно
Термическая обработка сталей как фактор повышения их износостойкости при низких температурах
Статья научная
Рассматриваются вопросы влияния термической обработки инструментальных сталей на их износостойкость при низких температурах. Анализируются процессы, происходящие в зоне контакта абразива и материала в различном его структурном состоянии, определяемом режимами термической обработки. Предлагается гипотеза влияния низких температур на изменение механизма изнашивания. Рассмотрено влияние карбидной фазы инструментальных сталей на их износостойкость в условиях трения и удара по абразивной поверхности при низких температурах.
Бесплатно
Термодинамические свойства анизотропных антиферромагнетиков с четырехспиновым обменом
Статья научная
Магнитные полупроводники широко используются в микроэлектронике, которая используется для управления космическими аппаратами. Транспортные и электрические свойства зависят от магнитной структуры, которую можно менять под действием магнитного поля и управлять током. Исследуется магнитная структура полупроводников с сильным спин-решеточным взаимодействием, которое сводится к четырехспиновому обменному взаимодействию. Магнитные характеристики вычисляются в классической модели Гейзенберга, построенной из эквивалентных магнитных атомов, образующих простую кубическую и квадратную решетку. Гамильтониан системы содержит обменное взаимодействия между ближайшими соседями, четырехспиновый обмен, одноионную анизотропию типа «легкая ось». Методом Монте-Карло вычисляются термодинамические характеристики: подрешеточная намагниченность, квадрупольный параметр, парные спинспиновые корреляционные функции, спонтанный момент на узле, направленный вдоль «легкой оси», и в базисной плоскости, внутренняя энергия и магнитная восприимчивость. Найдена смена типа магнитного порядка от коллинеарного антиферромагнетика (АФМ) к неколлинеарному (НАФ) с ростом константы четырехспинового обмена. Зависимость спиновых корреляционных функций от расстояния имеет слабо затухающий осциллирующий характер. В области перехода АФМ-НАФ ближний антиферромагнитный порядок заменяется ферромагнитным при сохранении дальнего антиферромагнитного порядка. На плоскости четырехспиновый обмен - одноосная анизотропия построена фазовая диаграмма антиферромагнетика (АФМ) и неколлинеарного (НАФ) на квадратной и кубической решетках. Вычислена продольная и поперечная восприимчивость НАФ от температуры для разных параметров четырехспинового обмена. Определена область параметров анизотропии и четырехспинового обмена в неколлинеарном АФМ с фазовым переходом I-го рода, скачок подрешеточной намагниченности, квадрупольного параметра от температуры. Найдены константы анизотропии и четырехспинового обмена в классическом антиферромагнетике со спонтанным моментом и параметры дальнего и ближнего порядка.
Бесплатно
Термоэмиссионный и пироэлектрический ток в халькогенидах марганца
Статья научная
Исследуются халькогениды марганца, перспективные для изготовления термоэлементов. Измеряется ток в интервале температур 80-500 К и в отсутствие внешнего напряжения, который может быть вызван градиентом температуры (термоЭДС), изменением электрической поляризации (пироэлектрический ток), возникновением разности потенциалов при деформации образца (пьезоэлектрический ток) или термоэлектронной эмиссией (термоэмиссионный ток). Найдены температуры аномалий тока и их связь с термоэмиссионным током и током поляризации. Изменение электрической поляризации по температуре вызовет пироэлектрический ток. Компенсация избыточного электрического заряда приведет к локальной электрической поляризации. Частичная декомпенсация вызовет образование электрического поля в образце. Определены критические температуры исчезновения электрической поляризации для разных концентраций. В области концентрации протекания ионов тулия по решетке установлен активационный характер термоэмиссионного тока и найдена энергия активации. Пироэлектрический ток имеет меньшую величину по сравнению с термоэмиссионным током. Механизм тока обусловлен эмиссией электронов с глубоких ловушек, и температуры максимумов термоэмиссионного тока коррелируют с температурами исчезновения ИК поглощения. Вычислена плотность электрического тока и ее величина от типа замещенного редкоземельного элемента.
Бесплатно
Технологии и механизм формирования пенометаллов и их применение в летательных аппаратах II
Статья научная
Описаны технологии получения пенопродуктов из различных металлов и сплавов, включая современные технологии с применением методов литья и порошковой металлургии, а также путем прямого вдувания в расплав газообразных веществ. Приведены характеристики пенометаллов, их преимущества перед плотными материалами, а также их применение в аэрокосмической и других отраслях промышленности. Пенометаллы получают двумя основными способами - литьем и методом порошковой металлургии. Благодаря их легковесности пенометаллические изделия применяются в автомобильной и аэрокосмической отрасли. Технология получения пенометаллов заключается в газифицировании расплава разными методами. В последние годы определенные успехи были достигнуты в технологии формирования профильных изделий из пенометаллов с применением различных методов обработки давлением.
Бесплатно
Статья научная
Изучен вещественный состав хвостов из хвостохранилищаООО «Соврудник». Определены условия и возможности технологической переработки хвостов.
Бесплатно
Статья научная
Представлены методы изготовления полосно-пропускающего фильтра на волноводе прямоугольного сечения, изготавливаемого из размеростатичного материала сплава 32 НКД
Бесплатно
