Динамический синтез нанокристаллических высокотвердых материалов на основе титана в гиперскоростной струе электроразрядной плазмы

Сайгаш, Анастасия Сергеевна

Техника высоких напряжений

автореферат диссертации по энергетике, 05.14.12, диссертация на тему:Динамический синтез нанокристаллических высокотвердых материалов на основе титана в гиперскоростной струе электроразрядной плазмы

кандидата технических наук: Сайгаш, Анастасия Сергеевна
город: Томск
год: 2010
специальность ВАК РФ: 05.14.12

Диссертация по энергетике на тему «Динамический синтез нанокристаллических высокотвердых материалов на основе титана в гиперскоростной струе электроразрядной плазмы»

Автореферат диссертации по теме "Динамический синтез нанокристаллических высокотвердых материалов на основе титана в гиперскоростной струе электроразрядной плазмы"

Э04618376

на правах рукописи

■ С

Сайгаш Анастасия Сергеевна

ДИНАМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ВЫСОКОТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА В ГИПЕРСКОРОСТНОЙ СТРУЕ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОЙ ПЛАЗМЫ

Специальность 05.14.12 - Техника высоких напряжений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 3 ЛЕН 7010

Томск

-2010

Работа выполнена в Энергетическом институте Государственного образовательно! учреждения высшего профессионального образования "Национально1 исследовательского Томского политехнического университета "

Научный руководитель:

доктор технических наук, с.н.с. Сивков Александр Анатольевич

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Найден Евгений Петрович;

кандидат физико-математических наук, с.н.с. Шубин Борис Григорьевич

Ведущая организация: Национальный исследовательский ядерный университе «Московский Инженерно Физический Институт», г. Москва.

Защита состоится «24» декабря 2010 г. в 16:00 часов на заседании совета по защит докторских и кандидатских диссертаций Д212.269.10 при Национально исследовательском Томском политехническом университете по адресу: 634051 г. Томск, пр. Ленина 30

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиоте( Национального исследовательского Томского политехнического университета г адресу: г. Томск, ул. Белинского 55.

Автореферат разослан «23 » ноября 2010 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций, д.ф-м.н., профессор

Кабышев А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Большой интерес к высокотвердым объемным нанокри-сталлическим материалам конструкционного и инструментального назначения обусловлен существенным превосходством их физико-механических характеристик в сравнении с крупнозернистыми аналогами. В настоящее время в мире производится более 12000 тонн твердых сплавоз с субмикронной структурой на основе карбидов, нитридов, боридов, оксидов переходных металлов, в частности, титана. Технология получения таких композиционных материалов достаточно сложна и включает несколько этапов: синтез кристаллических фаз компонентов; получение ультрадисперсных порошков (УДП) требуемого фазового состава; получение однородной по составу шихты; получение компактного материала. Синтез тугоплавких и высокотвердых кристаллических фаз является комплексом сложных, длительных и многоэтапных физико-химических процессов. Не менее сложным и длительным является процесс дезинтеграции спёков синтезированного материала и получение ультрадисперсных фракций. С целыо повышения текучести и насыпной плотности необходимо проведение поверхностной модификации и сфероидизации субмикронных и наноразмерных частиц. С переходом на высокодисперсную сырьевую базу становятся малоэффективными традиционные способы приготовления шихты путем длительного перемешивания компонентов из-за склонности малых частиц к агрегированию. Поэтому представляется целесообразным получение ультрадисперсных композиций (шихты) непосредственно в едином процессе синтеза и диспергирования всех исходных компонентов твердого сплава.

Весьма сложными, требующими специального оборудования являются процессы компактирования прессованием и спекания нанодисперсных тугоплавких композиций, обеспечивающие условия минимизации рекристаллизации и получение субмикронной или наноструктуры твердого сплава. Поэтому, в ряде приложений, с целыо повышения термостойкости, эрозионной стойкости, твердости и износостойкости металлических поверхностей используют процессы нанесения функциональных покрытий, толщиной от 0.1 до 1.0 мм, на основе тех же тугоплавких и высокотвердых материалов и композиций. Технологии лазерной, электроннолучевой, электродуговой и плазменной наплавки, помимо сложности технической реализации не обеспечивают получения субмикронной структуры материала покрытия, а так же приводят к деградации микроструктуры и свойств материала подложки, вследствие его перегрева в течение длительного времена. Технически сложные порошковые технологии, на основе высокоэнтальпийных газовых и плазменных потоков, не обеспечивают необходимого сцепления покрытия с подложкой, и его устойчивости при высоких термических и ударно-динамических нагрузках.

Основные недостатки существующих методов получения тугоплавких и высокотвердых ультрадисперсных и компактных материалов с субмикронной структурой на основе титана могут быть преодолены с использованием гиперскоростных импульсных струй низкотемпературной электроэрозионной плазмы. Одним из наиболее перспективных источников таких струй является импульсный (10"4-И0"3 с) коаксиальный магнитоплазменный ускоритель (КМПУ) эрозионного типа с сильноточным ( -105 А) разрядом типа 7,-пипч.

Цель диссертационной работы заключается в разработке научно-технических основ универсальной технологии прямого динамического синтеза и получения нано-кристаллических дисперсных и компактных (в виде покрытий) тугоплавких и высокотвердых соединений титана в гиперскоростной струе электроэрозионной плазмы, генерируемой КМПУ.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) изучение основных закономерностей влияния энергетических и конструктивных параметров КМПУ на характеристики электроэрозионного износа поверхности ускорительного канала (УК) титанового ствола и наработки основного материала (титана) для синтеза в разных режимах работы ускорителя;

2) исследование влияния параметров КМПУ, характеристик и условий газообразной среды в КР на фазовый состав, структуру и дисперсность порошкообразного продукта динамического синтеза в различных режимах работы ускорителя;

3) исследование влияния параметров КМПУ, характеристик и условий газообразной среды на фазовый состав, структуру и свойства синтезированного компактного материала покрытия на металлических подложках.

Научная новизна результатов работы.

1. Определены основные закономерности влияния энергетических и конструктивных параметров КМПУ на динамику плазменной струи и характеристики электроэрозионного износа поверхности УК титанового ствола по его длине при однократном, многократном и частотном режимах работы.

2. Показана возможность прямого динамического синтеза кристаллических фаз соединений титана и получения ультрадисперсиых твердых и высокотвердых материалов и композиций в гиперскоростной струе электроразрядной эрозионной плазмы. Установлены особенности влияния параметров и режимов работы КМПУ, характеристик газообразной среды в камере-реакторе (КР) на фазовый состав, структуру и дисперсность порошкообразного продукта.

3. Показана возможность нанесения высокотвердых устойчивых покрытий толщиной порядка 0.1 мм на поверхности различных металлов при воздействии гиперскоростной струи титансодержащей электроэрозионной плазмы. Установлены закономерности и особенности влияния параметров КМПУ, газообразной среды в КР и материала подложки на фазовый состав, характеристики кристаллической структуры материала и структуры покрытия, и физико-механические свойства материала покрытия.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Удельный интегральный электроэрозионный износ поверхности УК титанового ствола определяется выражением: т/\У=0.161(\У/Уу1[-0.385). Высокоэффективное использование материала достигается выравниванием износа по длине УК за счет дополнительного экранирования начального участка при целесообразной длине: Суко=2.4(\У)09.

2. Эффективность электроэрозионной наработки титана в частотном режиме возрастает с уменьшением безтоковой паузы между импульсами менее ~ 1.0 сек. При большей длительности паузы со вскрытием КР износ носит колебательный характер от выстрела к выстрелу.

3. В зависимости от материала электродов ускорителя и состава внешней газообразной среды обеспечивается синтез нанодисперсных (10-70 нм) кристаллических фаз ТЮ2 и ИЫ со сферической (в основном) формой частиц.

4. При воздействии титансодержащей плазменной струи на поверхность подложек из стали, меди и алюминия в атмосфере воздуха или азота при нормальных условиях осаждаются композиционные покрытия толщиной порядка 0.1 мм со средним уровнем нанотвердости 16^20.0 ГПа; 16.0 ГПа; 10.0-^26.0 ГПа соответственно и относительно низкой величине модуля упругости (23(Н270 ГПа), слабо зависящей от твердости.

Практическая значимость работы.

1. Разработаны новые технические решения и определены целесообразные энергетические, конструктивные и режимные параметры, а так же условия состояния газообразной среды, обеспечивающие высокоэффективную работу экспериментальной технологической установки на основе КМПУ по динамическому синтезу (ДС) и получению ультрадисперсных и нанокрлсталлических компактных материалов на основе высокотвердых соединений титана.

2. Получены образны УДП меди, оксидов и нитридов титана, а так же некоторые композиционные составы,

3. Получены образцы высокотвердых компактных нанокристаллических материалов в виде покрытий на подложках из стали, меди и алюминиевых сплавов, твердость которых в среднем составляет 10.0+20.0 ГПа и превосходит твердость стандартных двухкарбидных твердых сплавов (например Т15К6 Нср~ 11.2 ГПа). Испытания броневых пластин из специального алюминиевого сплава 1903М с Ti-покрытием, нанесенным рассматриваемым способом, проведенные в ОАО "НИИ стали", показали существенное повышение противопульной стойкости защитных структур на их основе.

Технология, разработанная на основе результатов диссертационных исследований, получила общественное признание и высокую оценку на: VII Московском международном салоне инноваций и инвестиций, 2007 г (золотая медаль), Международной выставке-конгрессе "Высокие технологии. Инновации. Инвестиции"2007 г. (золотая медаль), Международном салоне изобретений «Женева-2007» (золотая медаль), Парижском международном салоне изобретений, 2008 г (золотая медаль).

Результаты работы могут быть использованы в ряде промышленных предприятий, занимающихся производством компактных твердых сплавов с субмикронной структурой, композиционных материалов и лезвийного инструмента. Практическая значимость подтверждается патентом на полезную модель № 61856 РФ от 12.05.2006. "Коаксиальный магнитоплазмснный ускоритель" Герасимов Д.Ю., Сайгаш A.C.; Сивков A.A., а так же актом использования результатов в НИИ ПММ ТГУ и актом испытаний на противопульную стойкость образцов из алюминиевого сплава, проведенных в ОАО "НИИ стали".

Реализация работы- Результаты диссертационной работы реализованы при выполнении хоздоговоров и госбюджетных НИР, проводившихся в рамках программы Министерства Образования РФ "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" (проект 202.05.02.034), Аналитической ведомственной целевой программы "Развитие научного потенциала высшей школы" (проект 2.1.2/886) и гранта Российского фонда фундаментальных исследований (проект 07-08-00804-а).

Личный вклад автора: планирование и постановка экспериментов, а также обработка, анализ и интерпретации полученных данных.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на следующих конференциях и симпозиумах: "Proceedings the 8й1 Korea-Russia International Symposium on Science and Technology, Tomsk. 2004; 13th International Symposium on High Current Electronics, Tomsk. 2004; 9th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. Tomsk. 2008; Современные техника и технологии. X-XIV. Томск, 2004-2008; II Межд. конф. студентов и молодых ученых "Перспективы развития фундаментальных наук" Томск, 2005; III-я Межд. научная конф. "Тинчуринские чтения" Казань. 2008; Фундаментальные проблемы новых технологий в 3-м тысячелетии. Томск. 2006;. Ульградисперспые порошки, нанострук-

туры, материалы. IV Ставеровские чтения. Красноярск. 2006. И Всерос. конф. по наноматериалам. Новосибирск, 2007. Всерос. конф. с элементами научной школы для молодежи «Новые материалы. Создание, структура, свойства». Томск. 2009.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 53 работ, из них 9 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 1 патент на полезную модель.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Основной текст диссертации изложен на 208 станицах, включая 118 рисунков и 23 таблицы, список цитируемой литературы состоит из 114 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и задачи исследований, научная новизна, защищаемые положения, практическая значимость и реализация полученных результатов.

В первой главе рассмотрены методы получения ультрадисперсных и наноструктурированных компактных сверхтвердых материалов и нанесения покрытий на основе переходных металлов, в частности титана.

Во второй главе рассмотрены методики проведения исследований. Описано устройство и принцип действия КМГ!У, показанного на рис. 1. В исходном состоянии КМПУ включен в разрядный контур емкостного накопителя С, заряженного до напряжения lLip, Центральный электрод 1 электрически соединен с электродом -стволом 2 в начале ускорительного канала (УК) электровзрывающимся проводником (ЭВП) 4. При замыкании ключа К (управляемые разрядники) по обозначенному стрелками контуру начинает протекать ток разряда накопителя í(t) (рис. 2). Работа КМПУ начинается в момент времени l¡ при возникновении дугового разряда между центральным электродом и электродом-стволом. Формирование плазменной структуры дугового разряда типа Z-пинч в начале УК сопровождается быстрым ростом напряжения на электродах ускорителя U(t) до уровня дуговой стадии разряда, как видно на рис. 2.

Рис. I. Схема, устройство и принцип действия КМПУ: а) исходное состояние, б) работа. ¡.Центральный электрод. 2.Электрод-ствол. 3.Изолятор центрального электрода. 4.ЭВП. 5. Индуктор (5'-контактный цилиндр, 5"-соленоид, 5"'-контактный фланец). 6. Заглушка. 7. Корпус. 8. Изоляция (стеклоэпоксидный компаунд). 9. Мишень-подложка. ¡0. Плазменная структура сильноточного разряда (Ю'-плазменный жгут-'/ тшч, 10"-круговая плазменная перемычка). ВФУ-камера высокоскоростной фотоустановки ВФУ-1.

Рис. 2. Типичные осциллограммы 11(1) и ¡(1) при инициировании разряда:

а) с помощью ЭВП (С-24 Ю3 Ф, июр=-4.0кВ. №=1ЗОкДж, с!ук-=21 мм. воздух Р„=1.0 атм., £ук—278мм);

б) при самопробое

и1ар - 4.0 кВ. азот Р„= 1.0 атм., С„

('С=

чс, с -235 мм).

В рассматриваемых условиях плазменная структура ускоряемого разряда выходит из УК в момент 12. Происходит формирование ударно-волновой структуры импульсной струи в соответствии с классическими закономерностями сверхзвуковых плазменных течений в свободном пространстве, как это видно на рис.3.

2.76 икс 21.7 мкс 32.6 мкс 43.5 икс 54,4 мке 65.3 икс 76.2 мкс 87.1 мкс

Рис.3. Фотограмма гиперзвуковой струи (С=48- Ю'3 Ф. ижг, =3.0 кВ, И;=113 кДж, Я=1.0 атм.).

В процессе работы КМПУ сильноточный дуговой разряд вызывает сильный электроэрозионный износ поверхности УК. В токовой оболочке разряда накапливается и вовлекается в движение масса эродированного металла, в частности титана, который является основой для ДС соединений с компонентами, введенными в канал формирования плазменной структуры (КФПС) в изоляторе у вершины центрального электрода (углеродный порошок), либо с газообразным компонентом, заполняющим объем КР (кислород, азот). Эродированный материал выносится из УК гиперскоростной струей в объем КР. ДС и формирование УДП происходит при распылении материала с границы струи. Получение компактных наноструктурных материалов в виде покрытий происходит при размещении металлической мишени-подложки 9 (рис 1) на пути струи.

В третьей главе представлены результаты исследований электроэрозионного износа поверхности УК титанового ствола и наработки основного материала. В таблицу 1 сведены основные данные и усредненные результаты серии экспериментов с различной энергией емкостного накопителя \¥с. При этом, существенно изменялись: амплитуда импульса тока 1т; средняя мощность разряда Р!ср на этапе первичного прохождения плазмы по УК; максимальная мощность разряда Рт; подведенная к КМПУ и выделившаяся в УК энергия \У.

Таблица I. Основные данные и усредненные результаты серии экспериментов с различной Уа при и„„ =4.0 кВ и диаметре УК с!, к=21 мм.

№ V мм К агм. с, мФ \УС, кДж кВ и. кЛ Ркр, МВА Рт, МВА кДж кДж/см3 т, г тЛУ, г/кДж Ос, км/с

1 300 1.0 42 ЗЗб"1 2.26 233 344 518 Н 194 1.87 49.0 0.25 4.1

2 278 1.0 24 192 2.30 215 282 424 130 1.34 22.2 0.17 3.6

3 277 1.0 15 120 2.26 168 226 375 92 1.04 9.5 0.10 2.9

4 274 1.0 12 96 1.96 159 206 309 66 0.7 3.6 0.05 2.6

5 274 0.1 12 96 1.96 151 210 297 ^65 0.69 3.5 0.05 7.4

Установлено, что в рассматриваемой системе наиболее значимым фактором, определяющим электроэрозионный износ и динамику плазменной струи является величина W. На рис. .4 представлены эпюры удельного дифференциального электроэрозионного износа поверхности УК Am по его длине Сук. Номера кривых соответствуют экспериментам в таблице 1. Видно, что Am и интегральный износ ш определяются величиной W и не зависят от давления газа Р0 и от средней скорости струи на срезе УК ос. Определена основная закономерность влияния энергии W на ш, которая представлена на рис. 5 в виде линейной зависимости удельного интегрального электроэрозионного износа m/W от удельной подведенной энергии W/VyK (А/ук-объем УК), аппроксимированной выражением:

m/W=0.16! (W/VyK-0.385) (1)

Рис. 4. Эпюры Am(fyK) при разных W. Рис. 5. Зависимость m/W (W/VyJ.

Для рассматриваемых условий это выражение позволяет определять параметры КМПУ с титановыми электродами, обеспечивающие наработку требуемого количества основного материала для ДС. На эпюрах Аш(Сук), рис. 4, выделены точки, ограничивающие участки УК с относительно равномерным износом (исключая начальный участок) на которых нарабатывается до 90 % материала. Эта целесообразная длина Cylt0 определяется величиной W:

t:y,0=2.4(W)09 (2)

Если Сук>Гук0, то имеет место неэффективное использование ствола. Конечный участок УК не эродирует и на нем наслаивается ранее эродированный материал. На эпюрах 3, 4, 5 Am принимает отрицательные значения. При этом точки (□) ¡рафика на рис. 5 ложатся выше основной зависимости. Если fyK<iyK<1, то имеет место неэффективное использование W. Плазменная структура в виде фонтанирующего разряда выходит из УК и часть энергии рассеивается в KP. При этом точки (А) (рис. 5) ложатся ниже основной зависимости.

При W>90-H00 кДж, как следует из характера эпюр на рис. 4, начальный участок ствола подвергается повышенному электроэрозионному износу. Это снижает эффективность использования ствола как расходного материала. В частотном режиме работы происходит прогорание стенки ствола в начале УК при неполной его выработки по основной длине. Известно, что усиление экранирующего действия сплошной стенки ствола снижает электроэрозионный износ. Исходя из этого с целью устранения начального пика эрозии предложено повысить степень экранирования только начального участка УК с помощью дополнительного магнитного экрана из стали с конической внешней поверхностью. Эффективность этого технического решения подтверждена серией сравнительных экспериментов в условиях: С=42 !()"' Ф;

имр=3.2 кВ; Сук=275 мм; ¿ук-21 мм, с дополнительным стальным экраном с диаметром основания конуса 40 мм и длиной 50 мм, и без него. Из сравнения эпюр Ат(1ук), на рис. 6, видно, что использование дополнительного экрана исключает пик эрозии в начале УК, и при Су11=С.ук „ обеспечивает достаточно равномерный износ ствола.

Am, iW №J

Рис. б. Эпюры Ат((ук). Рис.7. Колебания m/W (кривая I) и

содержание основных фаз (кривые 2, 3) в продукте синтеза.

Очевидно, что в технологическом процессе необходимо обеспечить наиболее полное использование ствола при высокой энергоэффективности процесса электроэро-зионной наработки материала. С этой целью проведены исследования по многократному использованию титанового ствола. Выстрелы производились в одинаковых условиях (С=18 10"3Ф, изар=4.0кВ, Wc=144 кДж, Р=1.0 атм.(азот), Сук=240 мм, dyK =21 мм), при длительных (более 1 часа) интервалах, необходимых для сбора порошкообразного продукта, разборки КМПУ для взвешивания ствола, сборки и заполнения KP азотом. Из рис. 7 видно, что от выстрела к выстрелу имеют место заметные колебания величины m/W. В таких условиях прогорание ствола по продольной образующей произошло на седьмом выстреле (рис. 8.), а его выработка по массе составила ~ 70 %.

Рис. 8. Титановый ствол после седьмого выстрела: а) срез ствола; б) прогоревший ствол.

Исследования эрозии поверхности УК в частотном режиме проведены в условиях двух- и трехкратных выстрелов с длительностью задержки ^=0 -1.0 сек. Частотный режим работы КМПУ имитировался его электропитанием от двух и трех автономных секций накопителя, емкость которых изменялась от 12 мФ до 24 мФ при им1,=3.(Н-4.0 кВ. На рис. 9 приведены осциллограммы и(1) и ¡(0 серии из двух выстрелов с {,-=1230 мке. На основании полученных данных построена зависимость суммарного интегрального удельного износа 2т/£\У суммарная величина в серии последовательных выстрелов от 13 (рис. 10). Видно, что с увеличением величина плавно снижается. Максимум эрозионной наработки достигается при нулевой задержке, т.е. й одном мощном импульсе с суммарной энергией £\¥. Минимум имеет

место при некотором числе импульсов с задержками между ними более ~1.0сек. Повышение эффективности наработки материала с уменьшением Г, связано с существованием жидкой фазы на поверхности УК после предыдущего выстрела, масса которой уменьшаются с увеличением из-за постепенного охлаждения и затвердевании. Таким образом наиболее эффективная наработка может быть реализована в одном мощном плазменном выстреле с большим током и с большими затратами на его обеспечение, или менее эффективная в серии из нескольких выстрелов с оптимальной энергией каждого и минимальными затратами.

г/кДж

0,001 0.1 !0 1000 * ,мс

Рис. 10. Зависимость от I,.

200«5 218 -,кАя

Рис. 9. Осциллограммы последовательных выстрелов КМПУ.

В четвертой главе проанализированы результаты экспериментальных исследований по реализации прямого ДС и получению УДГ1 и композиций в гиперскоростной струе электроразрядной плазмы генерируемой КМПУ.

Возможность получения УДП металлов показана на примере диспергирования меди при осуществлении плазменного выстрела КМПУ с медными электродами в объем КР заполненный инертным газом - азотом при нормальных условиях.

Первые эксперименты по ДС порошкообразных соединений титана проведены при истечении плазменной струи в воздушную атмосферу при нормальных условиях (С=24!03 Ф, Пзар~3.5 кВ, \¥=94.0 кДж). Получен высокодисперсный порошок белого цвета массой 9.25 г., рентгеновская дифрактограмма (Х(Ш-спектр) которого, снятая на дифрактометре 8Ышас1ги ХЯОбООО, приведена на рис. 11.

5 !.о

-а ¡-

| 0.5

Ё § „

Я »

СиКа

:90 иАлА-.

9оЯ

= Н

11]

<я

порошкообразного

-10

продукта,

5(1

синтезированного

к.

-А.

2©,град.

в воздушной

Рис. 11. Х1Ю-спектр атмосфере

Реитгено-структурный анализ фазового состава (РСА), проведенный с помощью программы полнопрофильного анализа Ро\у(1егСе112.4 и с использованием базы структурных данных РЭ1;4+ показал, что полученный продукт преимущественно

состоит из полиморфных кристаллических фаз: диоксида титана со структурой рутила (гТЮ2) и со структурой анагаза (аТЮ2) при незначительном содержании кубического нитрида титана (с'ПЫ). Пространственная группа кристаллических фаз (ПГ), оценка их массового содержания, средние размеры областей когерентного рассеяния (ОКР), величины внутренних микронапряжений <3/Ас1 и параметры кристаллической решетки в сравнении со стандартными (по РОР4+) приведены в таблице 2. Судя по ОКР все кристаллические фазы нанодисперсны, либо нано-структурированы. Заметные отклонения экспериментальных значений параметров решетки не превышающие ±0.02 А в основном обусловлены инструментальным уширением дифракционных линий и, возможно, высоким уровнем с1/Л(1

Фаза Пространственная группа Содержание % ОКР, нм Ad/dlO"^ Параметры решетки эксперимент/ PDF

а с

гТЮ2 р4 2т 2 1/п 2т 59.0 89.0 2.43 4.5959/4.5940 2.9616/2.9590

а'П02 14 1/а 2/т 2/d 39.0 48.0 3.28 3.7790/3.7970 9.5697/9.5790

cTiN F4/m 3 2/т 2.0 57.0 2.39 4.2388/4.2410 -

Данные XRD подтверждаются результатами исследований, проведенными с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ТЕМ), полученными на микроскопе Philips SM 30. На рис. 12а) представлен ТЕМ-микроснимок скопления сферических частиц продукта. Картина электронной дифракции на этом скоплении (рис. 126) содержит множество рефлексов соответствующих фазам ТЮ2 и отдельные рефлексы кубического TiN. Оценочный анализ распределения частиц по размерам показал, что основной диапазон составляет 10+100 нм с максимумом при ~50нм. Иначе говоря, ОКР нанопорошка можно принимать за средний размер частиц. На основании полученных данных можно утверждать, что при проведении синтеза в воздушной атмосфере с доминированием окислительных процессов можно обеспечить 100%-й выход смеси гТЮ2 и аГЮ2 за счет незначительного повышения

Рис. 12. Светлопольный ТЕМ-микроснимок порошка, полученного в воздухе (а) и электро-ннограмма с фрагментами темнопольных снимков в рефлексах 101-гТЮ2 и 111-сТ'М (б).

Исходя из соображений повышения безопасности технологии за счет исключения кислородной атмосферы были проведены исследования возможности синтеза ТЮ2 в среде углекислого газа. Анализ полученного порошка показал образование фаз гТЮ2 (-90%) с ОКР -40 нм и сферической формой частиц при 10%-й примеси нанодисперсного кубического карбида титана (с'ПС).

Эксперименты по ДС ультрадисперсного Т|Тчт проведены в условиях истечения плазменной струи в атмосферу азога (таблица 3). При различных величинах получены высокодисперсные продукты черно-синего цвета. На рис. 13 приведен ХЯО-спектр продукта (опыт 2, таблица 3) с характерным для ГЦК структур чередованием сильнейших рефлексов.

№ опыта с, мкФ ^зар? кВ кДж \У, кДж кДж/см3 Ро, атм. км/с ш, г ОКР, им Размеры частиц (ТЕМ), им

1 48 3.0 216.0 113,0 1.2 1.0 3.5 17.0 30.0 10- -200

2_ 18 4.0 144.0 81.0 1.0 1.0 3^2 13.0 40.0 25- -250

3 18 3.5 110.0 70.0 0.8 1.0 3.0 11.0 90.0 30- -300

4 18 4.0 144.0 100.0 1.2 2.0 - Г 15.0 25.0 10- -150

"2= 2.0 < 3 3 >-> Л 51.о 0 я 1» 1 Н 8 К п 1 ® РеКа

3« 40 50 60 70 2&, град.

Рис, 13, ХЯй-спектр нанодисперсного порошка сТ1Ы, полученного в атмосфере азота. РСА показал, что синтезированный продукт представляет собой нанодисперсную кристаллическую фазу сТТО со следами г'ГЮ2. Анализ физического уширения дифракционных рефлексов показал, что средний размер ОКР увеличивается с уменьшением энергетики процесса и во всех случаях не превышает ~100нм. Сравнительный анализ ТЕМ-микроснимков на рис. 14 показывает формирование преимущественно сферических частиц, размеры которых уменьшаются при увеличении и Р„. Это обусловлено увеличением скорости закалки, ограничением времени роста кристаллов и их размеров с увеличением скорости плазменного течения и плотности газообразной среды.

Рис. 14. ТЕМ-микроснимки нанодисперсных порошков сТ'.Ы: а)Ро---1.0 апы., Ц'=70.0кДж (опыт 3, табл.4); б) Ро !.0атм., ¡Г^ИЗ.ОкДж (опыт I); в)Р„=2.0 атм., №=!ОО.ОкДж (опыт 4).

В работе показана возможность получения композиционных ультрадисперсных материалов в одном кратковременном цикле работы КМПУ, например смеси, состоящей из гТЮ2(57.6 %, ОКР 40 им) и сТ1Ь'(42.4 %, ОКР 60 им) при проведении процесса в воздушной среде с повышенным до -90 % содержанием азота. Целесообразность этого метода обусловлена сложностью перемешивания высокодисперсных компонентов традиционными методами из-за их склонности к агломерированию при приготовлении однородной шихты требуемого состава.

Система на основе КМПУ позволяет вводить в плазму разряда различные дополнительные компоненты. В частности в работе проведен ДС композиционного порошкообразного продукта в системе П-С-М-Си, при использовании КМПУ с медным центральным электродом и титановым стволом. Нанодисперсный углерод закладывался в КФПС и выполнял одновременно функцию элемента инициирующего дуговой разряд. Плазменный выстрел производился в атмосферу азота с Ро=1.0атм. РСЛ показал, что синтезированный порошок состоит из кристаллических фаз: сга-60%, ОКР-37 им; с"П2СМ(ПГ-174/т-3 2/т)-30 %, ОКР-20 нм; Си(ИГ-1г4/т-3 2/т)-10 %, ОКР-17 нм., и может быть использован для получения инструментального твердого сплава методом прессования и спекания при небольшом содержании металлического связующего. В рассматриваемой системе соотношение нитридных фаз может меняться за счет изменения количества вводимого углерода, а металлической добавки за счет изменения площади поверхности электрода, подверженной электроэрозионному износу.

Выше было показано, что при многократном использовании ствола с длительными интервалами между выстрелами со вскрытием КР и попаданием в нее воздуха наблюдаются колебания ш от выстрела к выстрелу (рис. 7). РСА затвердевшего на поверхности УК материала после первого выстрела показал, что он состоит из: гексагонального титана ИТ^ПГ-Р 6_3/ш 2/ш 2/с) - 50.0 %, аТЮ2 ~ 48.5 % и с-™ ~ 1.5 %. После второго выстрела соотношении этих фаз меняется в пользу преобладания ЬТ1 соответственно: 92.0 %:6.0 %:2.0 %. Анализ порошкообразного продукта, синтезированного в каждом выстреле, показал, что он состоит из нанодисперсных фаз с'ПЫ и ТЮ2. Однако, как видно из рис. 7, содержание этих фаз, как и величина т/У/ колеблется от выстрела к выстрелу. Продукт первого выстрела состоит из сТГЫ с небольшой примесыо аТЮг. При вскрытии КР после первого выстрела происходит частичное окисление остывающего расплава титана на поверхности УК и насыщение рыхлого слоя атмосферным кислородом. Поэтому в последующих выстрелах в большом количестве образуется ТЮ2. Взаимосвязанные колебания т/\¥, содержание сТ^ и г'ГЮ2 можно объяснить последовательным самоочищением поверхности УК от твердых и жаропрочных наслоений. Наслоение, возникшее в предыдущих выстрелах (начиная со второго) срывается высокоскоростным течением последующего выстрела, увеличивая эрозию и содержание сПН Судя по размерам ОКР (>100 нм), продукт ДС во всех выстрелах состоит из ианоразмерных частиц. Исходя из изложенного, можно утверждать, что в условиях технологического процесса без вскрытия КР до полной выработки ствола в атмосфере чистого азота будет синтезироваться чистый сТГЫ. Возможность получения практически чистого нанодисперсного с"ПЫ (-99.0 %) в частотном режиме работы показана экспериментально в опыте с трехкратным выстрелом при 1з=1500 мкс, рис. 15.

Приведенные экспериментальные результаты показали возможности метода на основе КМПУ по прямому ДС нанодисперсных твердых и сверхтвердых кристаллических материалов. В экспериментальных условиях при получении соединений титана производительность достигает ~ 100 г/час при энергозатратах ~5кВт-час/кг.

Рис.15. Светлополытй ТЕМ-микроснимок нанодисперсного cTiN (а), синтезированного в трехкратном выстреле КМПУ с 13=1500мкс при ижр=3.5кВ, С]~2410'3 Ф, С2=С3=12 10 3 Ф; 6) картина электронной дифракции.

В пятой главе представлены результаты экспериментальных исследований по получению с помощью КМПУ компактных нанокристаллических жаропрочных и высокотвердых соединений титана в виде толстых покрытий (Ti-покрытий) на поверхности пластин из стали, меди и алюминиевых сплавов. Процесс реализуется в прежней системе с установкой на пути плазменной гитансодержащей струи металлической мишени-подложки на расстоянии от среза УК Ссм<400 мм. Аналитические исследования свойств и характеристик Ti-покрытий проведены методами: нанотвердометрии по Виккерсу на приборе Nano hardness Tester CSEM instruments; рентгеновской дифрактометрии; электронной спектроскопии на Оже-спектрометре "Шхуна-2; оптической микроскопии на микроскопе Olympus GX-71; электронной сканирующей микроскопии (SEM) на микроскопе Philips SEM 5!5.

На рис. J 6 приведены SEM-микроснимки поверхности шлифа поперечного среза стального образца с Ti-покрытием, нанесенным в воздушной атмосфере при: имр=2.5 кВ; 048- 1(Г3 Ф; Сук=280 мм; Р0=1.0 атм., Сс„=400 мм. На рис. 17 в сравнении приведены профили нанотвердости Н(х) стальных образцов с Ti-покрытиями, нанесенными в атмосфере азота и воздуха при указанных условиях.

Рис. 16. SE M-м икросн имки шлифа поперечного среза стального образца с Ti-покрытием.

Рис.17. Профили Н(х) Ti-покрытий на стальной подложке, нанесенных при Ро=1.0 атм. в азотной (1) и воздушной (2) атмосфере.

Совокупный анализ данных позволил определить ряд общих особенностей Ti-покрытий, нанесенных с помощью КМПУ. Важнейшей особенностью является очень высокий уровень Н, достигающий в отдельных областях сверхвысоких значений 30+40 ГПа, и не снижающийся ниже ~ 13 ГПа, что существенно превышает твердость стандартных твердых сплавов, например Т15 Кб.

Повышенной твердостью обладают приграничный слой покрытия толщиной 5, и приповерхностный слой толщиной 83 (рис. 16а и 17), отчетливо выделяющиеся как на SEM-микроснимках, так и на профиле Н(х). Наиболее стабильные значения Н имеют место в основном слое покрытия толщиной 52. Нср основного слоя Ti-покрытия, нанесенного в воздухе составляет ~ 16.2 ГПа, а в атмосфере азота ~ 19.6 ГПа. Однозначное объяснение этих особенностей дают результаты XRD и РСА, согласно которым наноструктурированный материал Ti-покрытия, полученный в воздухе на ~80.0-90.0 % состоит из eTiN и Ti2CN. Причем в поверхностном слое покрытия содержание нитридньгх фаз несколько выше, чем в приграничном слое. Формирование наноструктуры материала этих слоев, судя по среднему размеру ОКР, обусловлено быстрым охлаждением осажденного расплава за счет тештоотвода при контакте с "холодной" подложкой и газообразной средой. Присутствие кристаллического железа cFe в материале покрытия, и особенно в приграничном слое обусловлено взаимным гидродинамическим перемешиванием материалов при высокоэнергетическом воздействии плазменной струи на поверхность подложки. Важно отметить, что в отличие от процесса получения УДП, в материале покрытия не сохраняются оксидные фазы даже на уровне "следов".

Пониженный уровень Н основного промежуточного слоя покрытия можно объяснить некоторым снижением содержания нитридных фаз, а гак же возможной крупнозернистостью синтезированного материала, как это видно на SEM-микроснимке (рис. 166). Увеличение среднего уровня Н покрытия, нанесенного в азотной атмосфере в сравнении с воздушной, объясняется увеличением концентрации азота при одинаковом давлении Ра=1.0 атм.

Из приведенных данных видно, что при воздействии на подложку высоко-энтальпийной плазменной струи возникает слой взаимного перемешивания материалов толщиной несколько десятков микрометров, в котором Н сильно снижается. Обращает на себя внимание образование приграничного модифицирован-

ного слоя подложки толщиной &4 в несколько сотен микрометров (рис. 16в), коррелирующей с размером области повышенной H подложки (рис. 17). Образование этого слоя вызвано ударно-волновым воздействием струи и сверхглубоким прониканием высокотвердого синтезированного материала в тело подложки по межзеренным границам микроструктуры стали и по кумулятивному механизму [Сивков A.A., Ильин А.П., Громов A.M., Бычин Н.В. Сверхглубокое проникание вещества высокоскоростного плазменного потока в металлическую преграду / ФиХОМ. 2003. №1. с 42-48]. Экспериментальное подтверждение этого представлено на SEM-снимке рис. 16г, где отчетливо видны фрагменты микрокумулятивных процессов и каналы сверхглубокого проникания микрокумулятивных струй.

Возможность изменения H Ti-покрытия за счет изменения содержания азота в газообразной атмосфере показана в серии экспериментов при разных давлениях азотной атмосферы Ро=0,Н2.0 атм. в следующих условиях: изар=3.0кВ, С=48Т03Ф, dyK=21 мм, Сук=280 мм, Гсм=400 мм, при средней выделившейся в УК энергии Wcp=103 кДж. Из рис. 18а) видно, что уровень Н(Х) Ti-покрытия возрастает с ростом

Покрытие, мкм Подложка, мкм

Рис.18. Профили Н(х) (а) и Е(х) (6) Л-покрытий нанесенных на стальные подложки, при разных Р„ в атмосфере азота: 1-Р„-~0.1 атм.: 2-Ро-0.5 атм.; 3-Р„=1.0 атм.; 4-Р0=1.5 атм.; 5-Р„=2.0 атм.

Полученные значения являются пределы! ыми для кристаллических сверхтвердых соединений титана. Увеличение Р„ до 2.0 атм. сопровождается повышением практически до 100% (рис. 19) суммарной концентрации нитридных фаз в составе материала Ti-покрытия на стальной подложке и, соответственно, снижением содержания металлов cTi и cFe практически до нуля. Это приводит к увеличению Н материала с достижением максимума при Ро=1.0атм. и при суммарной концентрации сверхтвердых фаз около 80.0 %. Дальнейшее увеличение Р0 и содержания нитридных фаз приводит к уменьшению Н. Предположительно причиной этого может быть повышение нанопористости материала.

Рис. 19. Зависимость концентрации фаз в Ti-покрытии на стальной подложке и Мер от Р„ азота: l.-TiN+Ti^CN; 2.-Т\у З.-Fe; 4.-нанотвердость.

Следует отметить важную особенность нанострукгурированных Ti-покрытий, заключающуюся в ц достаточно низком и слабо меняю-^ щемся от Р0 среднем уровне модуля Ц, Юнга (упругости) Е, как это видно на рис. 186. Это свидетельствует об относительно высокой пластичности полученного материала, что должно обеспечивать высокую стойкость к динамическим и ударным нагрузкам. В тех же условиях проведены исследования влияния Р0 на характеристи и и.з i.u 10, атм ки и свойства Ti-покрытий на медной

подложке. Установлено, что в силу более высокой плотности и теплопроводности меди устойчивое Ti-покрытие осаждается на медной поверхности при W/VyK> 1.20 кДж/см3. Снижение W/Vyic и плотности энергии на поверхности исключает возникновение гидродинамического перемешивания материалов покрытия с подложкой. При этом затвердевающее покрытие отслаивается от подложки. Этот эффект может быть использован для получения компактного высокотвердого нанокристаллического материала. На рис. 20 приведены SEM-микроснимки шлифов медных образцов с Ti-покрытием, нанесенным в азоте при разных Р0.их профили Н(х) представлены на рис. 21.

Рис. 20. 8ЕМ-микроснимки поверхности шлифа медных образцов с Т1-покрытием. Анализ 8ЕМ-микроспимков показывает, что наилучшее сопряжение Тьпокрытия с медной подложкой достигается при Ро=0.1 атм. Максимальный уровень Нср~ 16.0 ГПа достигается при Ро=0.5 атм. и соответствует максимальному содержанию нитридных

фаз TiN+Ti2CN, до -75.0 Дальнейшее увеличение Р„ до 1.0 атм. сопровождается снижением Н. Повышенная скорость охлаждения расплава на медной подложке приводит не только к некоторому уменьшению ОКР материала, но и ограничивает время протекания реакций нитридообразования в жидкой фазе. Поэтому возможной причиной снижения Иср и является уменьшение суммарного содержания нитридкых

0 0.5 1.0 1.5 Рр, агм

Рис. 23. Зависимость концентрации фаз в Ti-покрытчч на алюминиевой подложке и Нср покрытия от Ро азота: I.-AI; 2.-П2А15+ПзА1: З.-TiN+ThCN; 4.-A1N; 5,-Ti; 6'.- нанотвердостъ.

Ti-покрытий, нанесенных в воздухе на подложку из алюминиевого сплава несколько ниже, чем в азоте. И в этом случае увеличение Р„ азотной атмосферы до 1.0 атм. приводит к повышению Иср до -13.3 ГПа, но только в

Рис.22. SEM-микросншюк поверхности шлифа образца с Ti-покрытием на подложке из сплава Д-16.

Установлено, что Н„

Рис. 2!. Профили Н(х) 77-покрытий на медных подложках При решении практической задачи повышения стойкости к мощным динамическим воздействиям, в частности противопульной стойкости броневых пластин из алюминиевого сплава были проведены исследования по нанесению Т1-покрытий иа поверхности изделий из алюминиевых сплавов. На рис. 22 приведен БЕМ-микроснимок шлифа образца из алюминиевого сплава Д! 6 с 'П-покрытием.

слое покрытия толщиной до ~ 200 мкм. Эта величина существенно ниже Нср Ti-покрытий на стальных (-20.0 ГПа) и медных подложках (~16.0 ГПа). Причиной этому является существенное отличие фазового состава материала. Как видно из рис. 23 даже при Ро=1.0атм. имеет место относительно низкое до -70.0% суммарное содержание сверхтвердых наноструктурированных нитридных фаз TiN+Ti2CN+AJN при значительном присутствии чисто металлических фаз и фаз алюминидов титана.

Сверхвысокий Нср получен при двукратном нанесении Ti-покрытия на одну и туже подложку из специального алюминиевого сплава АБТ (1903М) с большой выдержкой времени между воздействиями, как это видно из сравнения профилей Н(х). Такой эффект достигается за счет того, что Ti-покрытие первого слоя состоит из наноструктурированного жаропрочного композиционного материала, выдерживающего без разрушения и плавления второе воздействие. При этом первый слой покрытия с Нср~ 10.0 ГПа выполняет функцию барьера, препятствующего диффузии алюминия в материал второго слоя, твердость которого Нср~26.0 ГПа.

На основании результатов исследований были определены основные условия (июр=3.2 кВ, С=4210"3Ф, Су«=250мм, dyK==21 мм.) обеспечивающие нанесение относительно равномерного покрытия толщиной до -0.5 мм. на под ложку из специального алюминиевого сплава площадью - I дм2. Пластины с Ti-покрытием испытаны на противопульную стойкость обстрелом из пистолета ТТ на стенде ОАО "НИИ стали". Существенное повышение противопульной стойкости защитной структуры получено при использовании в ней пластины с однослойным и двухслойным покрытиями.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Получена зависимость средней скорости плазмы на срезе ствола ис от средней мощности разряда Р1ср на этапе первичного прохождения плазмы по УК. Показано, что в диапазоне подведенной до -190 кДж скорость фронта головной ударной волны плазменной струи затухает и устанавливается на среднем уровне - 1.0 км/с на расстоянии от среза ствола -60 мм.

2. Определены основные факторы, влияющие на электроэрозионный износ поверхности УК титанового ствола КМПУ. Получена экспериментальная зависимость величины эродированной массы от величины подведенной к ускорителю энергии.

3. Показано существование целесообразной длины ускорительного канала титанового ствола с наиболее равномерной эрозией и установлена ее связь с величиной подведенной энергии. Предложено и экспериментально подтверждено техническое решение, обеспечивающее сохранение динамики плазменной струи при целесообразной длине УК.

4. Разработано техническое решение - дополнительное экранирование начального участка ускорительного канала конусным магнитным экраном, обеспечивающее выравнивание эрозионного износа поверхности и повышение эффективности использования титанового ствола как расходного материала.

5. Показана возможность многократного использования титанового ствола и работы КМПУ в частотном режиме. При многократном использовании ствола с большой (более 1.0 сек) выдержкой между последовательными плазменными выстрелами со вскрытием камеры-реактора имеют место колебания величины интегрального износа поверхности УК. В частотном режиме работы КМПУ интегральный износ увеличивается с уменьшением безтоковой паузы между плазменными выстрелами от 1.0 сек. до пуля.

6. Экспериментально показано, что использование КМПУ обеспечивает реализацию прямого динамического плазмохимического синтеза нанодисперсных и нанокристаллических материалов фаз твердых и высокотвердых тугоплавких соединений титана в гиперскоростной струе электроэрозионной плазмы.

7. Обнаружено преобладание окислительных процессов при истечении титансодержащей плазменной струи в атмосферу воздуха и углекислого газа с преимущественным образованием наноразмерных полиморфных фаз диоксида титана со сферической формой частиц.

8. Выявлены основные тенденции влияния параметров КМПУ, динамических характеристик плазменной струи и состояния азотной атмосферы на дисперсность и структурно-фазовые характеристики порошкообразного нитрида титана.

9. Экспериментально показана возможность получения ультрадисперсных композиций из двух или нескольких кристаллических фаз в одном цикле работы КМПУ с равномерным распределением компонентов.

10. Определены возможности и условия получения компактных наноструктурирован-ных композиционных высокотвердых материалов на основе нитрида титана в виде покрытий на подложках из стали, меди и алюминиевых сплавов при воздействии на них гиперскоростной титансодержащей плазмы в атмосфере воздуха или азота.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ Универсальный метод прямого динамического синтеза и получения нанодисперсных и нанокристаллических компактных (в виде покрытий) твердых и высокотвердых материалов на основе титана при дальнейшей доработке может быть реализован в ряде промышленных технологий. Основанием для такого вывода служат как хорошие эксплуатационные характеристики экспериментального стенда по энергоресурсоэффективности и производительности, так и совокупность потребительских свойств и характеристик получаемых продуктов:

- возможность получения порошкообразных материалов на основе титана гомогенного, полиморфного и гетерогенного фазового состава с диапазоном распределения по размерам порядка 10+100 им и сферической формой частиц с равномерным распределением компонентов, что обеспечивает их использование без дополнительной подготовки в качестве сырьевой базы для производства компактных твердых сплавов с субмикронной структурой инструментального назначения или в качестве добавок при производстве других типов композиционных материалов, в том числе полиморфных;

- возможность получения композиционных материалов на основе титана с субмикронной структурой в виде покрытий на металлических подложках из стали, меди, дюралюминия со средним уровнем твердости -13.3+20.0 ГПа, которые могут быть использованы при производстве лезвийного инструмента и для повышения физико-механических характеристик металлических поверхностей.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

1. Сивков A.A., Герасимов Д.Ю., Цыбина (Сайгаш) A.C. Электроэрозионная наработка материала в коаксиальном машитоилазменном ускорителе для нанесения покрытий// Электротехника- 2005 г., № 6, с.25-33.

2. Сайгаш A.C., Герасимов Д.Ю., Сивков A.A. Нанесение функциональных покрытий на металлические поверхности с помощью гибридного коаксиального магнитоплазменного ускорителя // Известия ТГ1У - 2005 г., Том 308, № 7, с.43-48.

3. Д.Ю. Герасимов, A.A. Сивков, A.C. Сайгаш, P.P. Шарипов, С.И. Привезенцев.

Влияние магнитного поля соленоида коаксиального магнитоплазменного ускорителя на элсктроэрозионный износ поверхности ускорительного канала // Известия ТПУ -2006 г, Том 309, № 2, с.93-96.

4. Д.Ю. Герасимов, A.A. Сивков, A.C. Сайгаш, P.P. Шарипов, С.И. Привезенцев. Электроэрозионный износ поверхности ускорительного канала в гибридном коаксиальном магнитоплазменном ускорителе // Там же с.97-102.

5. Сайгаш A.C., Сивков A.A., Герасимов Д.Ю., Шарипов P.P., Привезенцев С.И. Влияние внешнего магнитного поля на электроэрозионный износ поверхности ускорительного канала коаксиального магнитоплазменного ускорителя // Электротехника -2006 г, № 12, с.32-37.

6. A.A. Сивков, А.П. Ильин, A.C. Сайгаш, Д.Ю. Герасимов, P.P. Шарипов, С.И. Привезенцев. О возможности динамического синтеза нанодисперсных и сверхтвердых материалов в гиперзвуковой плазменной струе.// Нанотехника - 2006, №4(8), с. 106-112.

7. A.C. Сайгаш, A.A. Сивков. Получение нанодисперсного нитрида титана в высокоскоростной импульсной струе электроэрозионной плазмы.// Нанотехника -2008, №2(14), с. 62-66.

8. A.A. Сивков, A.C. Сайгаш, А.Я. Пак, A.A. Евдокимов. Прямое получение нанодисперсных порошков и композиций в гиперскоростной струе электроразрядной плазмы// Нанотехника - 2009, № 2(18), с. 38-44.

9. Сивков A.A., Сайгаш A.C., Евдокимов A.A. Получение нанодисперсных кристаллических соединений титана при многократной и частотной работе коаксиального магнитоплазменного ускорителя // Нанотехника - 2010, №2(22), с. 66-72.

Авторские свидетельства и патенты.

10. Патент на полезную модель № 61856 РФ. 7F41B 6/00. Коаксиальный магнитоплазменный ускоритель / Герасимов Д.Ю., Сайгаш A.C.; Сивков A.A. Заявка № 2006116407. Приор. 12.05.2006. Бюл. № 7.

Подписано к печати 16.11.2010. Тираж 100 экз. Кол-во стр. 22. Заказ № 50-10 Бумага офсетная. Формат А-5. Печать RISO Отпечатано в типографии ООО «РауШ мбх» Лицензия Серия ПД № 12-0092 от 03.05.2001г. 634034, г. Томск, ул. Усова 7, ком. 046 тел. (3822) 56-44-54

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Сайгаш, Анастасия Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. Методы получения ультрадисперсных сверхтвердых материалов и нанесения функциональных покрытий.

1.1 Методы получения нанопорошков на основе титана.

1.2 Порошковые методы нанесения покрытий.

2. Методика проведения исследований.

2.1. Устройство коаксиального магнитоплазменного ускорителя.

2.2. Принцип действия КМПУ.

2.3. Методика обработки экспериментальных данных.

3. Электроэрозионный износ поверхности УК титанового ствола и наработка основного материала.

3.1. Зависимость удельной интегральной эрозии от удельной подведенной энергии.

3.2. Целесообразная длина ускорительного канала КМПУ.

3.3. Выравнивание электроэрозионного износа на начальном участке УК.

3.4. Исследование электроэрозионного износа поверхности УК при многократном использовании титанового ствола.

3.5. Исследование электроэрозионной наработки материала в частотном режиме работы КМПУ.

4. Прямой динамический синтез и получение нанодисперсных материалов и композиций в гиперскоростной струе электроразрядной плазмы.

4.1. Получение ультрадисперсного порошка меди.

4.2. Динамический синтез нанодисперсных кристаллических фаз оксидов титана.

4.3. Динамический синтез и получение нанодисперсного нитрида титана

4.4. Динамический синтез и получение нанодисперсных композиций.

4.5. Исследование порошкообразных материалов, полученных в последовательных циклах работы КМПУ.

5. Нанесение высокотвердых покрытий на основе титана на металлические поверхности с помощью КМПУ

5.1. Исследования свойств высокотвердых Ti-покрытий, нанесенных на стальную подложку.

5.1.1. Влияние давления азотной атмосферы на твердость Ti-покрытий на стальной подложке.

5.1.2. Фазовый состав Ti-покрытий, нанесенных на стальную подложку в воздушной атмосфере.

5.1.3. Микроструктура Ti-покрытий, нанесенных на стальную подложку в воздушной атмосфере.

5.1.4. Влияние давления азотной атмосферы на фазовый состав Ti-покрытий на стальной подложке.

5.1.5. Микроструктура Ti-покрытий, нанесенных в азотной атмосфере на стальную подложку.

5.2. Исследования свойств высокотвердых Ti-покрытий медной подложке

5.2.1. Влияние давления азотной атмосферы на твердость Ti-покрытий, нанесенных на медную подложку.

5.2.2. Фазовый состав Ti-покрытий, нанесенных на медную подложку в азотной атмосфере.

5.2.3. Микроструктура Ti-покрытий, нанесенных на медную подложку в азотной атмосфере.

5.3. Исследование свойств Ti-покрытий на подложке из алюминиевого сплава .,.

5.3.1. Исследование твердости Ti-покрытий на подложках из алюминиевого сплава, нанесенных в воздушной атмосфере.

5.3.2. Влияние давления воздушной атмосферы на твердость Ti-покрытий на подложке из алюминиевого сплава.

5.3.3. Фазовый состав Ti-покрытий на подложке из алюминиевого сплава

5.3.4. Исследование двухслойных Ti-покрытий на подложке из алюминиевого сплава.i.

5.3.5. Влияние термообработки подложки из алюминиевого сплава АТБ(1903М) на характеристики покрытий.

5.3.6. Влияние давления азотной атмосферы на твердость Ti-покрытий на подложке из алюминиевого сплава.

5.3.7. Фазовый состав и микроструктура Ti-покрытий, нанесенных в азотной атмосфере на подложку из алюминиевого сплава.

5.4. Использование Ti-покрытий для повышения стойкости металлических бронепластин к мощным динамическим воздействиям.

Введение 2010 год, диссертация по энергетике, Сайгаш, Анастасия Сергеевна

Актуальность работы. Большой интерес к высокотвердым компактным нанокристаллическим материалам конструкционного и инструментального назначения обусловлен существенным превосходством их физико-механических характеристик (износостойкости, прочности, твердости с сохранением пластичности) в сравнении с крупнозернистыми аналогами. В настоящее время в мире производится более 12000 тонн твердых сплавов с субмикронной структурой на основе карбидов, нитридов, боридов, оксидов переходных металлов, в частности, титана. Технология получения таких композиционных материалов достаточно сложна и включает несколько этапов: синтез кристаллических фаз компонентов; получение ультрадисперсных порошков (УДП) требуемого фазового состава; получение однородной по составу шихты; получение компактного материала. Синтез тугоплавких и высокотвердых кристаллических фаз является комплексом сложных, длительных и многоэтапных физико-химических процессов. Не менее сложным и длительным является процесс дезинтеграции спёков синтезированного материала и получение ультрадисперсных фракций. С целью повышения текучести и насыпной плотности необходимо проведение поверхностной модификации и сфероидизации субмикронных и наноразмерных частиц. С переходом на высокодисперсную сырьевую базу становятся малоэффективными традиционные способы приготовления шихты путем длительного перемешивания компонентов из-за склонности малых частиц к агрегированию. Поэтому представляется целесообразным получение ультрадисперсных композиций (шихты) непосредственно в едином процессе синтеза и диспергирования всех исходных компонентов твердого сплава.

Весьма сложными, требующими специального оборудования, являются процессы компактирования прессованием и спекания нанодисперсных тугоплавких композиций, обеспечивающие условия минимизации рекристаллизации и получение субмикронной или наноструктуры твердого сплава. Поэтому, в ряде приложений, с целью повышения термостойкости, эрозионной стойкости, твердости и износостойкости металлических поверхностей используют процессы нанесения функциональных покрытий, толщиной от 0.1 до 1.0 мм, на основе тех же тугоплавких и высокотвердых материалов и композиций. Технологии лазерной, электроннолучевой, электродуговой и плазменной наплавки, помимо сложности технической реализации не обеспечивают получения субмикронной структуры материала покрытия, а так же приводят к деградации микроструктуры и свойств материала подложки, вследствие его перегрева в течении длительного времени. Технически сложные порошковые технологии, на основе высокоэнтальпийных газовых и плазменных потоков, не обеспечивают необходимого сцепления покрытия с подложкой, и его устойчивости при высоких термических и ударно-динамических нагрузках.

Основные недостатки существующих методов получения тугоплавких и высокотвердых ультрадисперсных и компактных материалов с субмикронной структурой на основе титана могут быть преодолены с использованием гиперскоростных импульсных струй низкотемпературной электроэрозионной плазмы. Одним из наиболее перспективных источников таких струй является импульсный (10"4-Ч0"3 с) коаксиальный магнитоплазменный ускоритель (КМПУ) эрозионного типа с сильноточным 103 А) разрядом типа 2-пинч.

Цель диссертационной работы заключается в разработке научно-технических основ универсальной технологии прямого динамического синтеза и получения нанокристаллических дисперсных и компактных (в виде покрытий) тугоплавких и высокотвердых соединений титана в гиперскоростной струе электроэрозионной плазмы, генерируемой КМПУ.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1. изучение основных закономерностей влияния энергетических и конструктивных параметров КМПУ на характеристики электроэрозионного износа поверхности ускорительного канала (УК) титанового ствола и наработки основного материала (титана) для синтеза в разных режимах работы ускорителя;

2. исследование влияния параметров КМПУ, характеристик и условий газообразной среды в КР на фазовый состав, структуру и дисперсность порошкообразного продукта динамического синтеза в различных режимах работы ускорителя;

3. исследование влияния параметров КМПУ, характеристик и условий газообразной среды на фазовый состав, структуру и свойства синтезированного компактного' материала покрытия на металлических подложках.

Научная новизна результатов работы.

2. Показана возможность прямого динамического синтеза кристаллических фаз соединений титана и получения ультрадисперсных твердых и высокотвердых материалов и композиций в гиперскоростной струе электроразрядной эрозионной плазмы. Установлены особенности влияния параметров и режимов работы КМПУ, характеристик газообразной среды в камере-реакторе (КР) на фазовый состав, структуру и дисперсность порошкообразного продукта.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Удельный интегральный электроэрозионный износ поверхности УК титанового ствола определяется выражением: т^=0.161(\\7Уук-0.385). Высокоэффективное использование материала достигается выравниванием износа по длине УК за счет дополнительного экранирования начального участка при целесообразной длине: 6ук о =2.4('\\г)0 9.

3. В зависимости от материала электродов ускорителя и состава внешней газообразной среды обеспечивается синтез нанодисперсных (10-70 нм) кристаллических фаз ТЮ2 и ТлЫ со сферической (в основном) формой частиц.

4. При воздействии титансодержащей плазменной струи на поверхность подложек из стали, меди и алюминия в атмосфере воздуха или азота при нормальных условиях осаждаются композиционные покрытия толщиной порядка 0.1мм со средним уровнем нанотвердости 16-^-20.0 ГПа; 16.0 ГПа; 10.0^-26.0 ГПа соответственно и относительно низкой величине модуля упругости (230^-270 ГПа), слабо зависящей от твердости.

Практическая значимость работы.

1. Разработаны новые технические решения и определены целесообразные энергетические, конструктивные и режимные параметры, а так же условия состояния газообразной среды, обеспечивающие высокоэффективную работу экспериментальной технологической установки на основе КМПУ по ДС и получению ультрадисперсных и нанокристаллических компактных материалов на основе высокотвердых соединений титана.

2. Получены образцы УДП меди, оксидов и нитридов титана, а так же некоторые композиционные составы.

3. Получены образцы высокотвердых компактных нанокристаллических материалов в виде покрытий на подложках из стали, меди и алюминиевых сплавов, твердость которых в среднем составляет 10.СН-20.0 ГПа (и выше) и превосходит твердость стандартных двухкарбидных твердых сплавов (например Т15К6 Нср~ 11.2 ГПа). Испытания броневых пластин из специального алюминиевого сплава 1903М с Ti-покрытием, нанесенным рассматриваемым способом, проведенные в ОАО "Институт стали", показали существенное повышение противопульной стойкости защитных структур на их основе.

Результаты работы могут быть использованы в ряде промышленных предприятий, занимающихся производством компактных твердых сплавов с субмикронной структурой, комдозиционных материалов и лезвийного инструмента. Практическая значимость подтверждается патентом на полезную модель № 61856 РФ от 12.05.2006. "Коаксиальный магнитоплаз-менный ускоритель" Герасимов-Д.Ю., СайгашА.С.; Сивков A.A., а так же актом использования результатов в НИИ ПММ ТГУ и актом испытаний на противопульную стойкость образцов из алюминиевого сплава, проведенных в ОАО "НИИ стали".

Реализация работы. Результаты диссертационной работы реализованы при выполнении хоздоговоров и госбюджетных НИР, проводившихся в рамках программы Министерства Образования РФ "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" (проект 202.05.02.034), Аналитической ведомственной целевой программы "Развитие научного потенциала высшей школы" (проект 2.1.2/886) и гранта Российского фонда фундаментальных исследований (проект 07-08-00804-а).

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на следующих конференциях и симпозиумах: Материаловедение, технологии и экология в третьем тысячелетии. Томск: ИФПМ СО РАН, 2003; "KORUSjL

2004". Proceedings the 8 Korea-Russia International Symposium on Science and Technology. Tomsk. 2004; KORUS-2005". Novosibirsk. 2005; 13th International Symposium on High Current Electronics, Tomsk. 2004; 9th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. Tomsk. 2008; Современные техника и технологии. X, XI, XII, XIII, XIV. Томск, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008; II Международная конференция студентов и молодых ученых "Перспективы развития фундаментальных наук" Томск, 2005; III-я Международная научная конференции "Тинчуринские чтения" Казань. 2008; Фундаментальные проблемы новых технологий в 3-м тысячелетии. Томск. 2006;. Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы: получение, свойства, применение. IV Ставеровские чтения. Красноярск. 2006. Вторая Всероссийская конференции по наноматериалам. Новосибирск, 2007. Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Новые материалы. Создание, структура, свойства». Томск. 2009.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 56 работ, из них 10 статей в журналах, рекомендованных ВАК. Получен патент на полезную модель.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Основной текст диссертации изложен на 208 страницах, включая 118 рисунков и 23 таблицы, список цитируемой литературы состоит из 114 наименований.

Заключение диссертация на тему "Динамический синтез нанокристаллических высокотвердых материалов на основе титана в гиперскоростной струе электроразрядной плазмы"

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Универсальный метод прямого динамического синтеза и получения нанодисперсных и нанокристаллических компактных (в виде покрытий) твердых и высокотвердых материалов на основе титана при дальнейшей доработке может быть реализован в ряде промышленных технологий. Основанием для такого вывода служат как хорошие эксплуатационные характеристики экспериментального стенда по энергоресурсоэффективности и производительности, так и совокупность потребительских свойств и характеристик получаемых продуктов:

- возможность получения порошкообразных материалов на основе титана гомогенного, полиморфного и гетерогенного фазового состава с диапазоном распределения по размерам порядка 10-К00 нм и сферической формой частиц с равномерным распределением компонентов, что обеспечивает их использование без дополнительной подготовки в качестве сырьевой базы для производства компактных твердых сплавов с субмикронной структурой инструментального назначения или в качестве добавок при производстве других типов композиционных материалов, в том числе полиморфных;

- возможность получения композиционных материалов на основе титана с субмикронной структурой в виде покрытий на металлических подложках из стали, меди, дюралюминия со средним уровнем твердости -13.3-^-20.0 ГПа, которые могут быть использованы при производстве лезвийного инструмента и для повышения физико-механических характеристик металлических поверхностей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с целью работы выполнен комплекс экспериментальных исследований и разработаны основные научно-технические основы метода, который может лечь в основу новых технологий прямого динамического синтеза и получения нанодисперсных и компактных (в виде покрытий) наноструктурированных тугоплавких высокотвердых кристаллических фаз соединений титана в гиперскоростной струе электроразрядной плазмы, генерируемой коаксиальным магнитоплазменным ускорителем. По итогам работы получены следующие основные результаты:

1. Получена зависимость средней скорости плазмы на срезе ствола ис от средней мощности разряда Р1Ср на этапе первичного прохождения плазмы по УК. Показано, что в диапазоне подведенной до -190 кДж скорость фронта головной ударной волны плазменной струи затухает и устанавливается на среднем уровне -1.0 км/с на расстоянии от среза ствола -60 мм.

10.Определены возможности и условия получения компактных наноструктурированных композиционных высокотвердых материалов на основе нитрида титана в виде покрытий на подложках из стали, меди и алюминиевых сплавов при воздействии на них гиперскоростной титансодержащей плазмы в атмосфере воздуха или азота.

Библиография Сайгаш, Анастасия Сергеевна, диссертация по теме Техника высоких напряжений

1. Инструменты из сверхтвердых материалов / Под ред. Н.В. Новикова. М.: Машиностроение, 2005. - 555 с.

2. Титан. Источники, составы, свойства, металлохимия и применение / Корнилов И.И. М., «Наука», 1975 - 310 с.

3. Гусев А.И., Ремпель A.A. Нанокристаллические материалы. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. - 224 с. •

4. Наноструктурные материалы: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / P.A. Андриевский, A.B. Рагуля. М.: Издательский центр «Академия», 2005 - 192 с.

5. Элекровзрывные нанопорошки: получение, свойства, применение / Назаренко О.Б. Томск, изд. ТПУ, 2005 г.

6. Нанодисперсные материалы, полученные в импульсной плазме / И.В. Блинков, A.B. Манухин. 2005 г.

7. A.B. Ушаков, В.Е. Редькин. Получение нанокристаллических материалов при помощи дугового разряда низкого давления. / Физическая мезомеханика 7 Спец. Выпуск 4.2 (2004). С.61-64.

8. P.A. Андриевский. Наноматериалы на основе тугоплавких карбидов, нитридов и боридов // Успехи химии 74 (12) 2005. с. 1163-1175.

9. Н.П. Лякишев, М.И. Алымов. Наноматериалы конструкционного назначения. //Российские нанотехнологии. Обзоры. Том 1. № 1-2, 2006. С.71-81.

10. Ю.Механохимический синтез в неорганической химии / Под. Ред. Е.Г. Аввакумова. Новосибирск: Наука, 1991 г.

11. В.Ф. Петрунин, Ю.Г. Андреев, Т.Н. Миллер, Я.П. Грабис // Порошковая металлургия. №9. С.90.

12. В.А. Бурцев, Н.В. Калинин, A.B. Лучинский. Электрический взрыв проводников и его применение в электрофизических установках. М.: Энергоатомиздат, 1990. 289 с.

13. Физико-химические основы нанесения покрытий: Научное пособие К.К. Полеха, А.П., Эпик - К.: НМК ВО, 1992 - 224 с.

14. Лебедев А. Д., Урюков Б. А. Импульсные ускорители плазмы высокого давления. АН СССР СО Институт теплофизики. Отв. ред. М.Ф.Жуков. Новосибирск. 1990. 290 с.

15. Плазменные покрытия. Кудинов В. В., М., «Наука», 1977. 184 с.

16. Порошковая металлургия и напыленные покрытия / под ред. Б.С. Митина. М.: Металлургия, 1987. - 792 с.

17. Теоретические основы технологии плазменного напыления. Учебное пособие, 2003. Пузряков А.Ф.

18. Школьников Э. Я., Гузеев М. Ю., Масленников С. П., Чеботарев А. В*. Ускорение микрочастиц в электротермическом ускорителе сIмультиразрядной схемой разрядного узла // Приборы и техника эксперимента. 2000, № 6, С. 130-135.

19. А.П. Алхимов. Научные основы технологии холодного газодинамического напыления и свойства напыленных материалов: монография / А.П. Алхимов и др. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. - 280 с.

20. Патент № 2150652 РФ. Коаксиальный ускоритель Сивкова. Сивков A.A. 7F41B 6/00. Опубл. 10.06.2000. Бюл. № 16.

21. Патент № 2183311 РФ. Коаксиальный ускоритель. Сивков A.A. 7F41B 6/00. Опубл. 10.06.2002. Бюл. № 16.

22. Сивков А. А. Гибридная электромагнитная система метания твердых тел// Прикладная механика и техническая физика. 2001. Т .42. № 1.С. 3-12.

23. Лебедев А. Д., Урюков Б. А. Импульсные ускорители плазмы высокого давления. АН СССР СО Институт теплофизики. Отв. ред. М.Ф.Жуков. Новосибирск. 1990. 290 с.

24. Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные поля. М: Издательство "Мир", 1972.-392с.

25. Будин A.B., Каликов В.А., Коваль А.И., Рабинович И.Б., Хейфиц М.И. Получение водорода путем электротермического разложения твердых источников газа // Письма в ЖТФ. 1994. Т.20. - вып. 6. - С. 39-42.

26. Установка ВФУ-1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

27. Фотографическая регистрация быстропротекающих процессов. A.C. Дубовик. Монография. Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1975.

28. Генерация сверхсильных магнитных полей / Под ред. В. Купфмюллера. — М.: Мир, 1979.-230 с.

29. Герасимов Д.Ю., Сайгаш A.C., Ягин А.Г. Динамика гиперзвукового потока электроразрядной плазмы // Университетская научно-практическая отчетная конференция студентов и молодых ученых: Сборник тезисов. Томск: Изд-во ТПУ, 2003. с. 10-11.

30. Герасимов Д.Ю., Цыбина A.C. Динамика электроэрозионного процесса в коаксиальном магнитоплазменном ускорителе // Там же с.295-298.

31. Герасимов Д.Ю., Цыбина A.C. Эрозия ускорительного канала магнитоплазменного ускорителя // Энергетика: экология, надежность, безопасность: Материалы докладов 9-ой Всероссийской научно-технической конференции. Томск: Изд-во ТПУ, 2003. Т.1. с.143-146.

32. Sivkov A.A., Gerasimov D.U., Tsibina A.S. Electrical Erosion of theiL

33. Magnetoplasma Accelerator Channel //13 International Symposium on High Current Electronics. Proceedings Edited by В. Kovalchuk and G. Remnev. Institute of HCE Tomsk, Russia, 25-29 July 2004. p.417-420.

34. Герасимов Д.Ю., Цыбина A.C., Великосельский B.C. Электрическая эрозия поверхности ускорительного канала коаксиального магнитоплазменного ускорителя // Там же с. 25-27.

35. Герасимов Д.Ю., Цыбина A.C., Шарипов P.P. Влияние внешнего магнитного поля соленоида магнитоплазменного ускорителя на электроэрозионный износ ускорительного канала. Там же с. 19-21.

36. Герасимов Д.Ю., Сайгаш A.C., Шарипов P.P., Привезенцев С.И. Влияние короткозамкнутого фланца соленоида коаксиального магнитоплазменного ускорителя на электроэрозионный износ поверхности ускорительного канала Там же, с. 29-33

37. Сайгаш A.C., Шарипов P.P., Привезенцев С.И. Электрическая эрозия титанового ствола коаксиального магнитоплазменного ускорителя. Там же. С. 197-199

38. Д.Ю. Герасимов, А.А. Сивков, А.С. Сайгаш, P.P. Шарипов, С.И. Привезенцев. Электроэрозионный износ поверхности ускорительногоsканала в гибридном коаксиальном магнитоплазменном ускорителе // Там же с.97-102.

39. A.S. Saigash, А.А. Sivkov, D.Yu. Gerasimov R.R. Sharipov, S.I. Privezentsev Influence of screening on electrical erosion of the channel surface coaxial magnetoplasma accelerator//H3B. вузов. Физика.- 2006.-№ll. Приложение. -С.301-304

40. Сайгаш А.С., Сивков А.А., Герасимов Д.Ю., Шарипов Р.Р, Привезенцев С.И. Влияние внешнего магнитного поля на электроэрозионный износ поверхности ускорительного канала коаксиального магнитоплазменного ускорителя // Электротехника 2006 г, № 12, с.32-37.

41. Герасимов Д.Ю., Сайгаш А.С., Сивков А.А. Электроэрозионный износ канала коаксиального магнитоплазменного ускорителя/ Том. политехи, ун-т.- Томск, 2007.-104с.: ил.- Библиогр.:75назв. Рус. - Деп. в ВИНИТИ 29.01.07, №79-В2007 (УДК 533. 95).

42. Патент на полезную модель № 61856 РФ. 7F41B 6/00. Коаксиальный магнитоплазменный ускоритель / Герасимов Д.Ю., Сайгаш А.С.; Сивков А.А. Заявка № 2006116407. Приор. 12.05.2006. Опубликовано. 10.03.2007.

43. Герасимов Д.Ю., Сайгаш. A.C. Оптимизация длины ускорительного канала КМПУ. Там же, с. 29-30.

44. Сайгаш. A.C., Калдашев Б.К., Касмалиев H.A. Выравнивание электроэрозионного износа ускорительного канала КМПУ. Там же, Т.2. с. 98-99.

45. Лукьянов Г.А. Сверхзвуковые струи плазмы. Л.: Машиностроение, 1985.-264 с.

46. Пирумов У.Г., Росляков Г.С. Газовая динамика сопел. М.: Наука, 1990. -368 с.

47. Блинков И.В., Манухин A.B. Нанодисперсные и гранулированные материалы, полученные в импульсной плазме. М.: МИСИС, 2005.

48. Пат. 2243474 РФ. 7F41B 6/00. Коаксиальный ускоритель / Д.Ю. Герасимов, A.A. Сивков. Приор. 31.07.2003. Опубликовано 27.12.2004.

49. Шарипов P.P., Привезенцев С.И., Сайгаш A.C. Динамический синтез нанодисперсных сверхтвердых материалов в гиперзвуковой струе электроразрядной плазмы. Научно-техническое творчество студентов ВУЗов.

50. Материалы Всероссийского смотра-конкурса научно-технического творчества студентов высших учебных заведений "Эврика-2006", с. 134-136.

51. A.A. Сивков, А.П. Ильин, A.C. Сайгаш, Д.Ю. Герасимов, P.P. Шарипов, СИ. Привезенцев. О возможности динамического синтеза нанодисперсных и сверхтвердых материалов в гиперзвуковой плазменной струе.// Нанотехника 2006 - № 4(8), с. 106-112.

52. А.С. Сайгаш, А.А. Сивков. Получение нанодисперсного нитрида титана в высокоскоростной импульсной струе электроэрозионной плазмы.// Нанотехника 2008 - № 2(14), с. 62-66.

53. А.А. Сивков, А.С. Сайгаш, А.Я. Пак, А.А. Евдокимов. Прямое получение нанодисперсных порошков- и композиций в гиперскоростной струе электроразрядной плазмы// Нанотехника 2009 - № 2(18), с. 38-44

54. A.S. Saigash, А.А. Sivkov, D.Yu. Gerasimov, R.R. Sharipov, S.I. Privezentsev Dynamic synthesis of superhardness materials in hypersonic jet of electrodischarge plasma // Изв. вузов. Физика.- 2006.- №11. Приложение.С. 473-475.

55. Ударно-волновые явления в конденсированных средах/Г.И. Канель и др. -М. :Янус-К, 1996.-408 с.

56. Горелик С.С. Рентгенографический и электроннооптический анализ: Практическое руководство с приложением отдельной книгой. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1970. — 368 с.

57. Горелик С.С. Рентгенографический и электронно-оптический анализ: учебное пособие / 4-е изд., пер. и доп. — М.: МИСиС, 2002. - 358 с.

58. Нахмансон М.С. Диагностика состава материалов рентгенодифракцион-ными и спектральными методами / Л.: Машиностроение, 1990. - 358 с.

59. Липсон, Г. Интерпретация порошковых рентгенограмм: пер. с англ. Под ред. Н.В.Белова.-М.: Мир, 1972. — 384 с

60. Томас Гарет. Просвечивающая электронная микроскопия материалов : пер. с англ. / Г. Томас, М. Дж. Гориндж. — М. : Наука, 1983. 320 с.

61. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ : в 2-х книгах : пер. с англ. / Дж. Гоулдстейн и др.; под ред. В. И. Петрова. -М.: Мир, 1984.

62. Степанян Е. В. Агломерированность и деагломерация в суспензиях электровзрывных нано-порошков металлов. Т.2. Отв. ред. A.C. Заворин. 2002. С. 92-94.

63. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии/А.И. Гусев. М.: Физматлит, 2005. — 411 с.

64. Sivkov A.A., Gerasimov D.U., Tsibina A.S. Copper coating of aluminium contact surfaces using magneto-plasma accelerator // Proceedings the 8th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology. "KORUS-2004".c.

65. Russia, Tomsk, 26June 3July, 2004. - p.295-298.

66. Sivkov A.A., Gerasimov D.U., Tsibina A.S. Obtaining of the aluminium alloy surface by high velocity flux of electro discharge plasma // Там же p.298-300.

67. Sivkov A.A., Gerasimov D.U., Tsibina A.S., Abramochkin V.N. Copper Coating of Aluminium Contact Surfaces Using Magneto-plasma Accelerator // Там же p.457-459.

68. Sivkov A.A., Gerasimov D.U., Tsibina A.S. Processing of Duralumin Surface by a High-Speed jet of Electric-Discharge Plasma // Там же p.460-461.

69. Sivkov A.A., Gerasimov D.U., Tsibina A.S., Lopatin V.V. Processing of a surface from an aluminium alloy a high-velocity stream of electrodigit plasma // European Pulsed Power Symposium. Hamburg-Germany DESY 20-23 September, 2004. p.80-81.

70. Сивков A.A., Герасимов Д.Ю., Цыбина A.C. Повышение динамической стойкости пластин из алюминиевого сплава за счет композиционного покрытия TiC+Ti, нанесенного с помощью магнитоплазменного ускорителя // Там же с. 134-137.

71. Сивков A.A., Герасимов Д.Ю., Цыбина A.C. Нанесение покрытий состава нержавеющей стали на поверхность изделий из алюминиевого сплава с помощью магнитоплазменного ускорителя // Там же с. 161-164.

72. Sivkov A.A., Gerasimov D.Y., Tsibina A.S. Electroerosive production ofcoating material in a coaxial magnetoplasma accelerator. "KORUS-2005":th ' Proceedings the 9 Russian-Korean International Symposium on Science and

73. Technology. Russia, Novosibirsk, 26June 2July, 2005. - p.389-392. .

74. Герасимов Д.Ю., Цыбина A.C., Сивков A.A. Использование коаксиального магнитоплазменного ускорителя для нанесения медного покрытия на алюминиевую поверхность/Шриборы. 2005г., №6, с.33-40.

75. Сивков A.A., Герасимов Д.Ю., Цыбина A.C. Электроэрозионнаянаработка материала в коаксиальном магнитоплазменном ускорителе для нанесения покрытий // «Электротехника», № 6, 2005 г., с.25-33.

76. Цыбина А.С., Герасимов Д.Ю. Нанесение упрочняющих покрытий состава TiC+Ti, на поверхность пластин из алюминиевого сплава с помощью коаксиального магнитоплазменного ускорителя // Там же с.107—108.

77. Сайгаш А.С., Герасимов Д.Ю., Сивков А.А. Нанесение функциональных покрытий на металлические поверхности с помощью гибридного коаксиального магнитоплазменного ускорителя // «Известия ТПУ» № 7, Том 308, 2005 г., с.43-48.

78. Сайгаш А.С., Герасимов Д.Ю., Шарипов P.P., Привезенцев С.И. Использование коаксиального магнитоплазменного ускорителя для нанесения сверхтвердых функциональных покрытий на металлические поверхности Там же, с. 29-33

79. Сайгаш А.С., Шарипов P.P., Привезенцев С.И. Нанесение сверхтвердых покрытий на основе титана на стальные и алюминиевые поверхности. Там же. С. 199-201

80. A. A. Sivkov, D. Yu. Gerasimov, and A. S. Tsybina. Electroerosive production of coating material in a coaxial magnetic-plasma accelerator // Russian Electrical Engineering, Vol.76, №06, 2005, p.27-36.

81. A.S. Saigash, A.A. Sivkov, D.Yu. Gerasimov, R.R. Sharipov, S.I.// Изв. вузов. Физика.- 2006.- №11. Приложение.С.301-304.

82. ЮО.Колмаков А. Г. Методы измерения твердости: Справочное издание / А. Г. Колмаков, В. Ф. Терентьев, М. Б. Бакиров. М.: Интермет Инжиниринг, 2000.- 125 с.

83. Таблицы физических величин: справочник / Под ред. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1006 с.

84. Анализ поверхности методами оже-и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии: пер. с англ. / Под ред. Д. Бриггса, М. П. Сиха. М.: Мир, 1987. —598 с.

85. Карлсон, Томас А. Фотоэлектронная и Оже-спектроскопия: пер. с англ. / Т. Карлсон. JL: Машиностроение, 1981. - 431 с. : ил. - Библиогр.: с. 391421. - Предметный указатель: с. 422-426.

86. Сенькин E.H. и др. Основы теории и практики фрезеровании материалов / E.H. Сенькин, В.Ф. Истомин, С.А. Журавлев; под ред. А.И. Федотова.-Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989. — 103 с.

87. Ударные волны и явления высокоскоростной деформации металлов: пер. с англ./под ред. М.А. Майерса, Л.Е. Мурра. М.: Металлургия, 1984- 512с.

88. Роман О.В., Андилевко С.К., Карпенко С.С., Романов Г.С., Шилкин В.А. Эффект сверхглубокого проникания. Современное состояние и перспективы // ИФЖ. 2002. Т. 75. № 4. С. 187-197.

89. Сивков А. А., Ильин А. П., Громов А. М., Бычин Н. В. Сверхглубокое проникание вещества высокоскоростного плазменного потока в металлическую преграду // Физика и химия обработки материалов. 2003. № 1. - С. 42-48.

90. ПО.Брандон, Д. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля: пер. с англ./Д. Брандон, У. Каплан М.: Техносфера, 2006- 377с.

91. Борисов Ю. С. Плазменные порошковые покрытия / Ю. С. Борисов, А. Л. Борисова. Киев: Техшка, 1986. — 223 с.

92. Справочник физических величин / А. В. Бологов, И. В. Кожухов, В. А. Никитин, С. И. Репьев, Г. А. Рябинин; Институт экологии полярных стран; Под ред. Г. А. Рябинина. СПб.: Лениздат: Союз, 2001. - 160 с.

93. Справочник машиностроителя: В 6 т. Т. 6 / Под ред. Н. С. Ачеркана. — 3-е изд., испр. и доп. М.: Машгиз. - 1964. - 540 с.

94. Волнообразование при косых соударениях: Сборник статей./ Сибирское отделение РАН; Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева. -Новосибирск: Изд-во института дискретной математики и информатики, 2000. —221 с.

Похожие работы

Энергетика
05.14.00