Содержание Том 24 № 2 2022

Промоделировано сопряжение кристаллических решеток двумерных слоев Mg₂Si с атомарно-чистыми поверхностями Si(001)2×1 и Si(110)"16×2". Толстые пленки выращены методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) через формирование затравочных слоев Ca₂Si. Показано, что для подложки Si(001) при температуре Т=300 ^оC при соотношении скоростей Ca к Si равном 4.7 в пленке толщиной 140 нм сформированы три различных силицида: Ca₂Si, CaSi и hR3-CaSi₂ со сравнимыми вкладами. При уменьшении температуры МЛЭ роста до 250 ^оС и соотношении скоростей осаждения Ca и Si равном 8.4 на Si(110) формируется поликристаллическая пленка Ca₂Si с минимальным вкладом от CaSi. Методом жертвенно-затравочного слоя и при МЛЭ росте при температуре 250 ^оС и разном соотношении скоростей осаждения Ca и Si (4.0 – 20.0) на подложках Si(111) выращены поликристаллические и эпитаксиальная пленки Ca₂Si с толщинами от 22 нм до 114 нм. Минимальное соотношение скоростей осаждения обеспечивает однофазный рост с эпи  таксиальным соотношением Ca₂Si(100)/Si(111), при увеличении оного от 7.3 растут поликристаллические пленки с тремя ориентациями: Ca₂Si(100), Ca₂Si(110) и Ca₂Si(111) на Si(111). Установлено, что в пленках Ca₂Si независимо от их структуры фундаментальный переход маскируется краем Урбаха в диапазоне энергий фотонов 0.78 – 1.0 эВ и далее идентифицируется второй прямой межзонный переход, E_2d = (1.095±0.1) эВ.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2022.2.12

В работе представлены результаты экспериментального исследования воспламенения частицы-конгломерата Al и дисперсных горючих на основе Al, B и AlB_n при лучистом нагреве СО₂-лазером непрерывного действия в диапазоне плотности теплового потока q = 65 – 190 Вт/см². На основании полученных результатов установлены зависимости времени задержки воспламенения от плотности теплового потока и описан механизм воспламенения отдельной частицы алюминия и дисперсных металлических горючих на воздухе. Установлено, что времена задержки воспламенения микроразмерных порошков боридов алюминия в 1.9 – 2.3 раза (AlB₂) и 3.2 – 3.5 раза (AlB₁₂) меньше, чем у Al, при одинаковых условиях нагрева. Времена задержки воспламенения аморфного бора имеют минимальные значения (3 – 10 раз меньше, чем у Al). При этом температуры воспламенения порошков AlB₂ и AlB₁₂ на 110 – 130 °С выше температуры порошка алюминия. С увеличением массовой концентрации бора в частицах AlB₁₂ скорость тепловыделения при прогреве и окислении порошка повышается.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2022.2.13

Данная работа направлена на численное исследование гидродинамики двухкомпонентной эмульсии вода-масло с целью изучения особенностей развития структурной формы потока по длине канала. Исследование проводится на основе математического моделирования потоков двухкомпонентной несжимаемой жидкости в канале смешения. Решение основных уравнений двухкомпонентной среды  проводится с использованием алгоритмов openFoam в нестационарной постановке. Показано, что на протяжении всего канала происходит непрерывная перестройка течения. Структура потока меняется от гладкого стратифицированного течения до пробкового режима движения. Полный сценарий развития выглядит следующим образом: гладкое стратифицированное → волновое стратифицированное → смешанное стратифицированное → снарядное. Показано, что на нижней стенке канала формируется тонкий масляный слой переменной толщины. Изменение напряжения трения в данном слое соответствует структурной форме течения. Смешанный стратифицированный и снарядный режимы движения эмульсии вносят пульсации в характер изменения напряжения трения на стенке и давления. Кроме того пробковый режим течения характеризуется уменьшением скорости снижения давления.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2022.2.14

Приводится математическая модель процесса нагрева заготовки композитной арматуры инфракрасными излучателями в печи полимеризации с учётом фазового перехода в связующем веществе при его отверждении. Проведена отладка численного алгоритма и расчётного кода, а также верификация расчётных значений температуры, полученных по разработанной математической модели, с экспериментальными данными. Рассчитаны поля температуры и степень отверждения связующего вещества в материале заготовки композитной арматуры диаметром 8 мм после прохождения печи полимеризации длиной 6 м со скоростями 1 м/мин и 3 м/мин для случая непрогретой печи. Приведена оценка температуры заготовки композитной арматуры, рассчитанной в двумерной и одномерной постановке.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2022.2.15

Двухмодовая модель кристаллического фазового поля представляет собой расширенную классическую модель, позволяющую учитывать гексагональные и другие сложные решетки с помощью параметра порядка, периодического в кристаллической и имеющего постоянное значение в разупорядоченной фазе. С помощью двухмодовой модели кристаллического фазового поля исследованы режимы кристаллизации двумерных структур. Была обнаружена квазикристаллическая анизотропная полосчатая фаза, качественно соответствующая фазам, полученным в коллоидных растворах. Исследована стабильность структур при переходах между кристаллами с симметрией различного порядка, построена фазовая диаграмма существования структур, найдена кривая плавления. В качестве промежуточной фазы при последовательных переходах обнаружены признаки существования кристалла с симметрией 5-го порядка.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2022.2.16

Приводится метод правых частей для решения одномерных дифференциальных уравнений с частными производными. Рассматривается класс дифференциальных уравнений, содержащих в их левых частях частные производные по времени. Анализируются одномерные нелинейные дифференциальные уравнения Бюргерса и Хопфа. Показано, что данные уравнения являются модификационной формой уравнений законов сохранения. Для уравнения Бюргерса произведено сравнение решений при различной кинематической вязкости с аналитическими данными. Делаются выводы, что при уменьшающейся вязкости ошибка накапливается. При кинематической вязкости 0.001 на пике решение заметно осциллирует. Для уравнения Хопфа показана эволюция решения во времени и происходящий в определенный момент времени волновой коллапс. Уравнение решалось численно до времени пока существовала взаимно-однозначное соответствие между функцией и абсциссой. Численное решение при этом хорошо согласуется с аналитическим.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2022.2.17

Рассмотрена возможность повышения характеристик конструктивной прочности трубчатых деталей из конструкционных сталей за счет формирования по толщине стенки переменного комплекса механических свойств при высокотемпературной термомеханической обработке и градиентном отпуске с индукционными нагревами. Пластическая деформация при высокотемпературной термомеханической обработке осуществлялась винтовым обжатием (радиальное обжатие и кручение в двух взаимно-противоположных направлениях). Отпуск проводился при отрицательном градиенте температур от наружной поверхности трубы к внутренней. Определен уровень и характер распределения механических свойств по толщине стенки трубы. Произведена оценка характеристик конструктивной прочности трубчатых образцов при испытании на внутреннее динамическое давление.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2022.2.18

Современные способы упрочнения контактирующих поверхностей, работающих в сложных условиях эксплуатации (высокие контактные давления, агрессивные среды, жесткие температурные режимы и т.д.), основываются на технологиях получения достаточно тонких защитных покрытий малой толщины, не превышающих уровень 5-10 мкм. Это в частности в значительной мере осложняет контроль эксплуатационных характеристик при оценке износостойкости таких покрытий. В работе рассматриваются особенности трибологических испытаний тонких покрытий (изнашивание по закрепленному абразиву). Оценка износа производится по потере массы испытуемого образца (массовый износ) на заданном пути трения при фиксированной нагрузке и скорости перемещения образца по абразивной поверхности. Авторами предложена методика испытаний на износостойкость с расширенными функциональными возможностями, применимая к покрытиям малой толщины за счет приема искусственного "увеличения суммарной изнашиваемой площади образца", позволяющая проводить испытания без использования высокоточного оборудования и квалифицированного персонала при обеспечении высокой точности измерений. 

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2022.2.19

Изучено вольтамперометрическое поведение ионов ванадия в сернокислых диметилсульфоксид-диметилформамидных растворах, установлены зависимости потенциалов электровосстановления и предельных токов ванадия от состава смешанного электролита. Показано, что в данных условиях возможно образование комплексов ванадила VO²⁺, включающих в состав координационной сферы молекулы диметилсульфоксида и диметилформамида, найдены области линейной зависимости предельных токов ванадия от его концентрации в растворе. Оценены перспективы применения сернокислых диметилсульфоксид-диметилформамидных электролитов для вольтамперометрического определения содержания ванадия  в нефтяном сырье.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2022.2.20

На основе кинетических кривых электросопротивления определены критические температуры M_beg и M_end, построены диаграммы изотермического распада переохлажденного остаточного аустенита двойного отжига в двухфазной альфа-гамма-области в условиях минусовых температур и механических нагрузок для стали 08Х15Н5Д2Т. Показано, что гамма-альфа-превращение остаточного аустенита отжига реализуется в температурном интервале от-20 до -60 °С и что одноосные механические нагрузки в диапазоне 0-300 МПа смещают изотермические диаграммы распада и по температуре, и по времени, значительно влияя на кинетику гамма-альфа-превращения. Определено максимальное смещение диаграмм в интервал низких температур. Установлено неоднозначное влияние одноосных растягивающих нагрузок на начало гамма-альфа-превращения при переохлаждении и на устойчивость остаточного аустенита отжига к изотермическому распаду. Cложный характер распада аустенита отжига определяется уровнем прикладываемой нагрузки, объясняется структурной, химической неоднородностью и микронапряженным состоянием стали.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2022.2.21

В процессе химического никелирования образуется большой объем отработанных растворов, создавая угрозу загрязнения окружающей среды и потерю ценного сырья. Для решения этих проблем была изучена возможность использования гидроксида натрия в качестве осадителя ионов никеля в интервале рН от 9 до 12. Установлено, что в данном диапазоне рН ионы никеля практически полностью извлекаются из отработанных растворов в виде осадков, строение которых изучалось методами ИК-спектроскопии и термогравиметрическим и дифференциально-термическим анализом. Полученные оксиды являются востребованным продуктом для дальнейшего использования, уменьшая при этом  негативные воздействия гальванопроизводства.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2022.2.22

Учредитель и Издатель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН»

Главный редактор: академик РАН А.М. Липанов

Подписано в печать 30.06.2022 г.

Адрес редакции и издателя: 426067, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34, тел. (3412)20-35-14

Свидетельство о регистрации средства массовой информации:

Эл № 77-6666 от 10.12.2002 г. в Министерстве Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникаций

ISSN 1727-0529 (Online)