Приведены экспериментальные данные по повышению уровня пластичности в поковке из стали аустенитного класса марки 10Х16Н20М2Т. Установлено, что на повышение уровня пластичности практически без изменения уровня прочности оказывает влияние гомогенизационный отжиг, выполненный при температуре 1250°С с выдержкой 35 ч, обеспечивающий растворение карбидов, карбонитридов и нитридов титана.

Рассмотрена кинетика формирования на сталях Ст3, 40Х, 40Х13, 12Х18Н10Т диффузионных слоев, содержащих карбиды хрома и α-твердый раствор, в результате комплексной химико-термической обработки. Комплексная химико-термическая обработка заключается в предварительной газовой цементации и последующем диффузионном легировании хромом в среде легкоплавких жидкометаллических растворов. В результате исследований было выявлено, что на толщину диффузионного слоя на поверхности образцов, концентрацию и распределение хрома, а также на фазовый состав оказывают влияние химический состав стали, температура и длительность диффузионного насыщения. Диффузионный слой состоит из α-твердого раствора и карбидов одного (Cr₇C₃) или двух видов (Cr₇C₃ и Cr₂₃C₆). При температурах диффузионного насыщения 1000 и 1025°C во всех исследуемых временных диапазонах, а также при длительности выдержки 60 мин и температурах 1050 и 1070°C диффузионный слой содержит карбиды Cr₇C₃. Выделение карбидов Cr₇C₃ и Cr₂₃C₆ наблюдалось при температурах диффузионного насыщения (свыше 1050°C) при длительности выдержки от 180 мин.

Изучены закономерности формирования структуры и свойств меди, полученной в условиях интенсивной пластической деформации путем формирования субмикрокристаллической структуры зеренного типа и последующей обработки гидроэкструзией с разной степенью разовой деформации. Установлено, что с увеличением степени разовой гидроэкструзии до ε = 1,2 уровень прочности меди М0б не повышается по сравнению с ее прочностью после равноканального углового прессования. Это свидетельствует о начале процессов возврата и динамической рекристаллизации материала, что подтверждают структурные исследования с помощью электронной микроскопии на просвет и рентгеноструктурного анализа.

Обоснован и разработан режим термической обработки для снижения твердости сплава Х65НВФТ с целью улучшения обрабатываемости резанием. Установлено влияние состава сплава ХН50ВМТЮБ на холодную пластичность. Показано, что повышение пластичности достигается при уменьшении содержания элементов, образующих α-фазу с решеткой ОЦК и упрочняющие фазы Ni₃Ti и Ni₃Al.

В макроструктуре изделий, изготовленных из гранул, полученных методом центробежного плазменного распыления PREP (Plasma Rotating Electrode Process), при проведении контроля макроструктуры иногда можно наблюдать зоны различной травимости. Микроструктурный анализ показывает, что более темные зоны обусловлены более выраженными и декорированными повышенным содержанием карбидов границами зерен. Эта макронеоднородность имеет наследственный характер, связанный с постепенным увеличением количества возгонов смазочных материалов в атмосфере камеры распыления. Коксуясь при газостатировании, возгоны создают условия для образования дополнительных карбидов.

Изучены свойства суспензии с порошками оксида алюминия в фотополимерной композиции, разработанной для лазерной стереолитографии. Показано, что модифицированный фотополимер ИПЛИТ 4 является оптимальным компонентом при изготовлении суспензий для аддитивного производства керамических деталей методом стереолитографии. Получены пасты с содержанием керамического наполнителя 72 мас. %. Продемонстрированы возможности терагерцевой диагностики полимер-керамических и керамических материалов на разных этапах процесса производства.

Исследованы свойства покрытий Ti–ZrB, нанесенных на титановый сплав Ti–6Al–4V методом электроискрового легирования нелокализованным электродом с использованием титановых гранул и порошка ZrB₂. Установлено, что структура покрытий соответствует металлокерамическому материалу, в котором αTi и βTi выполняют роль металлической матрицы, а ZrB₂ является армирующей фазой, концентрация которой в покрытиях составляет от 38 до 92%. Показано, что с повышением концентрации ZrB₂ в покрытиях их твердость монотонно возрастает от 10,79 до 15,86 ГПа, а средние значения износа покрытий монотонно снижаются, что свидетельствует о хорошей смачиваемости частиц ZrB₂ расплавом титана.

Представлены результаты комплексного исследования основных эксплуатационных свойств вольфрамсодержащих гальванических покрытий Ni–W, Co–W и Ni–P–W, упрочненных термической обработкой. Показано, что для бинарных сплавов оптимальной является термическая обработка при 600°С, которая обеспечивает максимальную износостойкость. Для тройной системы целесообразно использовать отжиг при 350°С, в результате которого повышается адгезионная прочность исследованных покрытий. Сделан вывод, что для обеспечения износостойкости деталей машин целесообразно использовать покрытия Co–W, а для защиты одновременно от износа и коррозионного воздействия в соленой воде наиболее приемлемым является покрытие Ni–P–W.

Проведено сравнительное исследование влияния параметров электрохимического осаждения покрытий Ni–P на их состав и выход по току при нанесении из пирофосфатного и цитратного электролитов. Показано, что оба электролита пригодны для нанесения покрытий Ni–P на изделия сложной формы. Проведено сравнение свойств покрытий различного состава, полученных из этих электролитов. Для получения более твердых покрытий целесообразно использовать пирофосфатный электролит, однако для защиты от коррозии он непригоден из-за развития микротрещин в покрытиях с содержанием фосфора 12 мас. % и более. Для этого целесообразно использовать цитратный электролит, который обеспечивает беспористость покрытий даже при содержании фосфора 12 мас. %.

Исследовано влияние импульсных гальваностатических режимов электролиза (униполярного и реверсивного) на коррозионную стойкость и функциональные свойства экологичных покрытий из сплава олово – цинк (Sn–Zn). В качестве электролита использовали щелочной раствор с добавками цитрата и лаурилсульфата натрия. Униполярный режим (5 мс, 1,5 А/дм²) обеспечил высокий выход по току (72%) и микротвердость 950–1050 МПа, но привел к повышенной пористости (7–12%). Реверсивный режим (5 мс катодной/анодной фазы, 2,0/0,5 А/дм²) продемонстрировал минимальную пористость (2–4%), снижение внутренних напряжений (50–80 МПа) и максимальную коррозионную стойкость (>1200 ч в солевом тумане). Установлено, что анодные фазы реверсивного режима способствуют выравниванию поверхностей, снижают дефектность. Импульсные технологии превзошли стационарный электролиз по износостойкости получаемых покрытий в 2–3 раза, по микротвердости – на 15–25%, а также по паяемости (угол смачивания 12–18°). Реверсивный режим электролиза рекомендован для изделий морской электроники и авиации, униполярный – для задач с приоритетом микротвердости. Результаты способствуют разработке экологичных альтернатив токсичным покрытиям в соответствии с требованиями RoHS/REACH.

Исследовано влияние галлуазитовых нанотрубок трех марок на изменение физико-механических, триботехнических свойств и структуры политетрафторэтилена. По своей природе галлуазит с общей химической формулой Al₂[Si₂O₅](OH)₄ представляет собой завернутый в трубку каолинит. Исследуемые марки галлуазита отличаются по текстурным характеристикам и фазовому составу. Показано, что композиты, армированные галлуазитом, демонстрируют значительное (в 400 раз) снижение интенсивности износа политетрафторэтилена при сохранении низкого значения коэффициента трения (~0,20). При увеличении содержания галлуазита до 5 мас. % значительно повышается модуль упругости материала. При введении галлуазита марки АНТ 811 относительное удлинение в 9 раз, а износостойкость в 6 раз выше, чем при введении галлуазита марки АНТ 3810. Изменения показателей износостойкости и коэффициента трения имеют корреляцию. Наибольшей износостойкостью обладает композит ПТФЭ/галлуазит АНТ 811 благодаря формированию износостойкого слоя вторичных структур на поверхности трения композиционного материала. Трибологические испытания показали, что частицы галлуазитовых нанотрубок на начальных этапах трения выступают в качестве твердой смазки.

Представлен новый способ прессования композитов, модифицированных углеродными наполнителями, с дополнительным комплексным воздействием ультразвуковых колебаний частотой 17 кГц и наложенной низкочастотной амплитудной модуляцией 100 Гц. Данный способ энергетического воздействия позволил снизить в 1000 раз интенсивность массового износа образцов композита в условиях сухого трения по сравнению с образцами из политетрафторэтилена и при этом сохранить коэффициент трения исходного полимера. Показано, что применение ультразвукового воздействия способствует дезагрегации наноразмерных частиц, а использование одновременно наложенной низкочастотной амплитудной модуляции приводит к упорядоченному распределению наполнителя в полимерной матрице. Такой режим обеспечивает получение бездефектной структуры за счет уплотнения композиционной смеси и способствует устранению пор и трещин в объеме материала.

Исследовано влияние волластонитсодержащего материала на свойства полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ). Разработаны новые рецептуры композиционных материалов, в которых содержание волластонита варьировали от 0,1 до 2 мас. %. Установлено, что введение волластонита приводит к повышению уровня механических свойств: прочности при растяжении на 35% и относительного удлинения при разрыве на 47%. Кроме того, зафиксировано повышение износостойкости ПКМ в 67 раз по сравнению с износостойкостью исходного ПТФЭ. Полученные результаты коррелируют с результатами термодинамических и структурных методов исследования. Показано, что надмолекулярная структура ПТФЭ при введении волластонита изменяется от ленточной до сферолитоподобной. Методом ИК-спектроскопии зафиксировано формирование вторичных структур из окисленных функциональных групп. Результаты термодинамических исследований свидетельствуют о том, что увеличение концентрации волластонита в ПКМ сопровождается повышением степени кристалличности и энтальпии плавления.

Микрокапсулирование ингибиторов коррозии позволяет повысить эффективность модифицирования полимерных композиционных покрытий и тем самым обеспечить высокую коррозионную стойкость их в течение длительного времени. Актуальной задачей остается подбор инертного носителя, составляющего твердую основу функциональной частицы. В работе рассмотрены особенности твердых носителей функциональных добавок, применяющихся для получения микрокапсул. Проведено исследование кинетики высвобождения ингибирующего агента из микрокапсул спектрофотометрическим методом с построением градуировочного графика. Установлено, что наибольшую загрузку ингибирующего агента и более длительное время высвобождения среди рассмотренных носителей показал активированный оксид алюминия.

Исследованы прочностные показатели ненасыщенной полиэфирной смолы марки ПН-609-21М в зависимости от концентрации диоксида кремния, полученного разными способами. Рассмотрено также его влияние на технологические свойства смолы.

Исследовано влияние полисульфонов марок ПСФ-150 и ПСФ-180 в качестве термопластичного модификатора на ударную вязкость эпоксидной смолы ЭД-20 в температурном диапазоне от –60 до 20°C. С помощью растровой электронной микроскопии изучена эволюция структурно-морфологической организации эпоксидной композиции при увеличении концентрации полисульфона. Показано, что при его концентрации 20 мас. ч. формируется фазовая структура, в которой термопластичный полисульфон становится непрерывной матрицей. Это обеспечивает значительное повышение ударной вязкости в широком диапазоне температур, включая крайне низкие – до –60°C.

Приведены результаты исследования методом EBSD-анализа структуры металла износостойкой наплавки электродами типа 09Х31Н8АМ2 в исходном состоянии после наплавки при различной скорости охлаждения. Рассмотрено влияние термической обработки на получаемое процентное соотношение γ/σ-фаз в наплавленном металле в зависимости от процентного соотношения α/γ-фаз в состоянии до термической обработки. Предложены пути повышения работоспособности металла, наплавленного материалами типа 09Х31Н8АМ2, до температуры 350–400°С.

Приведены результаты металлографических исследований, измерений  микротвердости и анализа картин дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD-анализ) металла зоны сплавления антикоррозионного    покрытия, выполненного импульсным аргонодуговым способом  плавящимся электродом в смеси защитных газов, и теплоустойчивой   Cr–Mo–V стали. Установлена взаимосвязь структуры металла поднаплавочной зоны и значений микротвердости c режимом термической  обработки.

В части первой настоящей работы выполнен анализ существующих методов определения механических    свойств тонкостенных трубок применительно к оболочкам твэлов. Разработаны оптимальная геометрия кольцевого образца и схема испытаний, а также метод определения механических свойств и истинной диаграммы  деформирования материала. Разработанный метод  позволяет избежать характерного для стандартных испытаний влияния изгиба кольцевых образцов на определяемые свойства и учесть влияние трения между нагружающим устройством и образцом. Предложена экспериментальная процедура определения коэффициента трения.

Выполнена расчетно-экспериментальная верификация   предложенного в первой части настоящей работы  метода определения механических свойств и   построения истинной диаграммы деформирования материалов оболочек твэлов на базе результатов   испытаний кольцевых образцов и моделирования их деформирования методом конечных элементов. Представлены результаты испытаний разработанных  кольцевых образцов из стали ЭП-823  (16Х12МВСФБР) в исходном и облученном  состояниях с использованием различных смазок и без смазки в широком диапазоне температур. На базе результатов этих испытаний определены  механические свойства и истинные диаграммы  деформирования стали ЭП-823.