Различными методами (оптическая металлография, просвечивающая и растровая электронная микроскопия) проведены сравнительные исследования структуры листового проката из экономнолегированной хладостойкой стали марки 08ХН2МДБ с гарантированным пределом текучести 750 МПа после закалки с печного и прокатного нагрева с последующим высокотемпературным отпуском. Показаны особенности «тонких» параметров бейнитно-мартенситной структуры, определяющих уровень прочности в исходном состоянии (печная закалка и закалка с прокатного нагрева). Исследовано влияние отпуска на структуру и свойства листового проката после закалки с прокатного и печного нагрева.

При использовании электронной микроскопии с рентгеновским микроанализатором проведены исследования материала разрушенных поликлиновых шкивов автомобильных генераторов, изготовленных из холоднокатаной ленты стали марок 08кп, 08пс, и определены причины их усталостного разрушения. Основными причинами их разрушения являются неоднородная структура и свойства, а также неоптимальный режим межоперационного отжига заготовок, что приводит к пониженной твердости стали в переходной зоне шкива и к усталостному разрушению в процессе эксплуатации. Для решения этой проблемы была разработана холоднокатаная лента из стали 035Ю с однородными структурой и свойствами и выбран режим ее рекристаллизационного отжига, способствующего повышению твердости металла в переходной зоне поликлинового шкива и увеличению срока службы перспективных автомобильных генераторов.

Исследована возможность повышения прочности опытного высоколегированного титанового сплава за счет методов термического воздействия, приводящих к изменению его фазового состава и внутризеренного строения. Рассмотрено изменение механических свойств во взаимосвязи с изменением структуры в отожженном, закаленном и термически упрочненном состояниях. Показано, что управление фазовыми превращениями в структуре высоколегированных двухфазных сплавов титана позволяет реализовать высокопрочное состояние с удовлетворительными пластическими характеристиками. Оптимальный комплекс механических свойств обеспечивает термическая обработка, приводящая к созданию двухфазной гетерогенной структуры с развитым бимодальным внутризеренным строением.

Исследовано влияние на структуру и коррозионные свойства сплава на железоникелевой основе ЭП718 (ХН45МВТЮБР), используемого в нефтегазодобывающей отрасли в процессе производства полуфабрикатов (ковка, термическая обработка). С помощью гравиметрических и электрохимических методов определены коррозионно-электрохимические свойства сплава, методами оптической и просвечивающей электронной микроскопии исследована структура сплава. Показано, что наиболее высокой коррозионной стойкостью сплав ЭП718 обладает в состоянии поставки (без термической обработки), при проведении последующей термической обработки происходит деградация его коррозионных свойств.

Изучены процессы формирования нанокомпозитного покрытия Ni–11,5%P–5%W при термической обработке аморфных электроосажденных слоев. Методом дифференциальной сканирующей калориметрии определена температура начала кристаллизации нанокристаллической фазы Ni3P. Рентгеноструктурный анализ показал, что при термической обработке образуются фосфиды Ni3P и, предположительно, Ni5P2, размер которых, по данным просвечивающей электронной микроскопии, составляет 5–50 нм. Исследовано влияние длительности термической обработки на фазовый состав и микротвердость покрытий.

Приведены результаты экспериментальных исследований в области формирования антифрикционных покрытий на титановом сплаве ВТ1-0 методом электроискрового легирования.

Рассмотрена технология создания необрастающих покрытий с низкой поверхностной энергией для предотвращения морского биологического обрастания. Безбиоцидная эмаль была создана на основе эпоксидного пленкообразующего, синтезированного на основе ароматически сопряженного гидроксифенилена, и модифицирована префторполиэфирными жидкостями. Представлены результанты лабораторных и натурных испытаний, организовано опытно-промышленное производство эмали.

Приводятся результаты исследований влияния стехиометрии на свойства тонкопленочных покрытий из нитрида титана на узлах поплавкового и электростатического гироскопов. Представлены результаты исследования механических и оптических характеристик тонкопленочных структур нитрида титана: микротвердость, сопротивление износу и трению, а также контрастность изображения, которая определяется коэффициентами отражения базовой поверхности нитрида титана и растрового рисунка, сформированного методом локального лазерного окисления. Рассматриваются перспективы использования и технологические методы формирования функциональных поверхностных структур карбида и нитрида ниобия при создании ротора криогенного гироскопа. Показано, что для формирования покрытия требуемого состава необходима термодинамическая оценка возможных взаимодействий, при которых осуществляется структурно-фазовая модификация материала, определяемая комплексом возможных топохимических реакций, приводящих к образованию соединений, в том числе нестехиометрического состава.

Приведены результаты исследования по разработке технологии получения композиционных материалов, в частности плакированных порошковых материалов для нанесения износостойких покрытий. В предлагаемом способе плакированный порошок, частицы которого состоят из твердого ядраосновы микронного размера, окруженные плакирующим слоем мягкой компоненты, получают методом дезинтеграторной обработки с использованием рабочего ротора дезинтегратора новой конструкции. С использованием такого ротора на примере композиции стеллит – алюминий производилась разработка технологий получения плакированного порошка с заданными свойствами и функциональных защитных покрытий. Толщина плакирующего слоя составляет 1,0–2,0 мкм. Подтверждено прочное сцепление твердой и мягкой компонент, необходимое для нанесения покрытия. Получен необходимый для газодинамического напыления размер фракции композитного порошка – 50–60 мкм. Опытная партия плакированного порошка опробована для получения покрытий с помощью сверхзвукового холодного газодинамического напыления. Исследования показали, что адгезионная прочность покрытия составила менее 75 МПа, пористость – менее 1%. Покрытие рекомендуется использовать для элементов узлов и деталей прецизионного машиностроения и энергетики.

Исследованы особенности использования интерметаллических соединений системы титан – алюминий – ниобий в качестве материала-геттера. Установлено, что с ростом содержания ниобия в сплаве от 16 до 40 ат.% происходит увеличение объема поглощенного водорода от 0,47 до 2,2 мас.%. Показано, что максимальное количество поглощенного водорода наблюдается в сплавах с дендритной структурой. Даны рекомендации по продолжению исследований.

Исследованы вулканизационные характеристики резин на основе изопренового каучука, наполненных техническим углеродом марки N330 и нитридом бора BN, а также влияние концентрационного состава нитрида бора на изменение технологических, динамических и физико-механических свойств эластомеров. Определена возможность использования нитрида бора для создания резин с улучшенными свойствами. Установлено, что при постепенном увеличении концентрации инертного наполнителя BN до 35% наблюдается снижение скорости вулканизации на 33% и плотности сшивки полимера на 26%. При этом время начала вулканизации увеличивается почти на 300%, оптимальное время вулканизации – на 200%.

В НИЦ «Курчатовский институт» – ГосНИИгенетика методом микробного синтеза получены нанокристаллы NpCdS, стабилизированные белками, состав которых определяется штаммом, используемым для биосинтеза наночастиц. Биогенные наночастицы с использованием методов электронной микроскопии, динамического светорассеяния, спектрофлуориметрии были охарактеризованы по размеру, форме, гидродинамическому диаметру, ζ-потенциалу, уровню люминесценции и определены как квантовые точки. Совместно с НИЦ «Курчатовский институт» – ИРЕА оценено влияние температуры, давления и растворителей на стабильность биогенных наночастиц и интенсивность люминесценции. В зависимости от диапазона концентраций наночастиц определена интенсивность люминесценции водной суспензии NpCdS. Проведена оценка возможности введения и идентификации NpCdS в эпоксидную смолу, полиимид, поливиниловый спирт. Полимерные нанокомпозиты находят применение в оптоэлектронике, биомедицине и сельском хозяйстве.

Исследованы сварочные свойства при аргонодуговой и электронно-лучевой сварке псевдо-βсплава титана марки VST 5553. Показано, что для повышения уровня механических свойств сварных соединений необходимо после сварки применять термическую обработку.

Рассмотрены вопросы защиты сварных соединений от окисления в процессе сварки корпусных конструкций морского назначения из титановых сплавов. Определены требования к сварочному оборудованию и защитным приспособлениям. Рассмотрены технологические мероприятия для обеспечения надежной защиты сварных соединений от окружающего воздуха и соответственно обеспечения высокого качества сварки.

Рассмотрены основные особенности разрушения образцов с короткими трещинами и дан краткий анализ основных методов, позволяющих прогнозировать температурную зависимость вязкости разрушения KJс(T) для коротких трещин. К ним относятся: DA-метод, (J–Q)-метод, (J–Т)-метод, «локальные» методы, использующие многопараметрические вероятностные подходы, GР-метод, использующий детерминистический «энергетический» подход, а также два инженерных метода – RMSC (Russian Method for Shallow Crack) и EMSC (European Method for Shallow Crack). На базе 13 наборов экспериментальных данных для российских и зарубежных сталей проведена детальная верификация и сравнительный анализ этих двух инженерных методов применительно к материалам корпусов атомных реакторов ВВЭР и PWR с учетом эффекта коротких трещин.

Разрабатываемая нами технология «сухой» дезактивации конструкций ядерных энергетических установок (ЯЭУ) с помощью ионного распыления микроразмерных радиоактивных загрязнений на очищаемой поверхности осуществляется посредством плазменного разряда специальной конфигурации в среде инертного газа с дальнейшим массопереносом распыленного материала и осаждением его на анодную подложку в режиме диффузии. В отличие от традиционных радиохимических способов в нашей технологии радионуклиды не переходят в жидкие радиоактивные отходы (ЖРО), а конденсируются в компактной твердой форме, что делает возможным их полезное использование. Поскольку эта технология может использоваться как при выводе ЯЭУ из эксплуатации (в том числе для дезактивации облученного реакторного графита), так и в процессе текущей эксплуатации и плановых ремонтов ядерных реакторов, то становится возможным регулярно извлекать концентрат нужных изотопов в необходимых количествах благодаря интенсивным нейтронным потокам в ЯЭУ. Конструкция плазменной распылительной ячейки для удаления радионуклидов с поверхности облученного графита или конструкций ЯЭУ предусматривает зажигание плазменного разряда постоянного тока в среде инертного газа (например, аргона) при давлении Р ~ 0,1–1 атм и контроль температурных режимов осаждения распыленного материала. Для этого проведен расчет температур на поверхности катода (распыляемый графит), анода (танталовый коллектор) и в аргоновой плазме в зависимости от вкладываемой мощности в разряд. Данные о температуре поверхности катода и коллектора позволяют управлять элементным составом выделяемых атомов и формировать изделия с наноразмерными слоями концентрата радионуклидов для радиационной медицины и новых бета-вольтаических батарей. Таким образом, технология имеет важное значение не только при выводе ЯЭУ из эксплуатации, но и для формирования наноразмерных слоев бета-активных материалов.

Одним из узлов реакторной установки на быстрых нейтронах с тяжелым жидкометалическим теплоносителем является главный циркуляционный насос (ГЦНА). Была отработана технология изготовления наиболее трудоемкого узла ГЦНА – напорной камеры – сложной сварной конструкции из листовой стали 10Х15Н9С3Б3 (ЭП-302Ш), а также разработаны и изготовлены приспособления и оснастка, в результате чего резко снизилась металлоемкость конструкции. Разработана технологическая документация на гибку, штамповку деталей напорной камеры, на сварку узлов и деталей, их термообработку, механическую обработку и сборку. По результатам изготовления данной конструкции существующая технологическая документация была откорректирована применительно к напорной камере ГЦНА.

Опыт эксплуатации атомных станций показал, что наиболее перспективными являются быстрые реакторы с тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями, в частности с теплоносителями на основе жидкого свинца. В России в последнее время уделяют особое внимание созданию быстрых реакторов, обладающих естественной безопасностью. На этапе испытаний материалов для компонентов реакторных установок возник ряд задач, для решения которых была разработана экспериментальная установка со свинцовым теплоносителем. Установка предназначена для испытания крупногабаритных конструкций и узлов с непрерывным контролем и поддержанием заданных технических параметров. Для надежной циркуляции теплоносителя (скорость циркуляции свинцового теплоносителя до 200 кг/с) был разработан магнитно-гидродинамический насос (МГД-насос), обладающий высоким КПД, надежностью и простотой в эксплуатации и обслуживании. В настоящее время экспериментальная установка успешно используется в научных исследованиях материалов. Все ее системы показали высокую надежность работы, ремонтопригодность и возможность дальнейшей модернизации.

Выполнены расчеты коэффициента интенсивности напряжений методом конечных элементов для образца типа SE(B), определена весовая функция для этого типа образца, позволяющая вычислять КИН для изгибных образцов с надрезом разной геометрии (от полукруглого до острого U-образного) при известном распределении напряжений в вершине надреза. Апробирована методика построения полных кинетических диаграмм роста коротких и длинных усталостных трещин, инициированных из острого надреза, с учетом особенностей роста коротких усталостных трещин в зоне влияния исходного надреза. Построены полные кинетические диаграммы роста усталостных трещин (коротких и длинных) в стали 08Х18Н10Т и в металле сварного шва в исходном и облученном до 40 сна состояниях.