№ 5 (2025)

С помощью методов высокоразрешающей электронной микроскопии и рентгеновской дифракции исследованы фазовый состав и морфологические особенности структуры полученных методом дуговой плавки высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) AlNiCoFeCr и AlNiCoFeCrCu эквиативных составах. Исследована структура сплавов после термического воздействия по режиму: нагрев до 1650 °C + последующее охлаждение со скоростью 1 °C/с. Структура пятикомпонентного ВЭС после дуговой плавки представлена твердым раствором из зерен фазы В2 размером ~0,12 m и с микротвердостью ~5 ГПа. После термического воздействия размер зерен фазы В2 увеличивается до ~50 мкм, на их границах зафиксированы две разные по морфологии и химическому составу фазы. Микротвердость сплава уменьшается до ~4,8 ГПа. Структура шестикомпонентного сплава AlNiCoFeCrCu после дуговой плавки микрокристаллическая дендритная. Распределение химических элементов по объему сплава неоднородно. В дендритах преобладает медь. Междендритная область имеет структуру типа видманштеттовой. В слитке реализуются два типа структур: фазы типа В2 (в матричном пространстве) и типа А1 (в дендритах). Микротвердость сплава ~6,5 ГПа. При нагреве сплава до 1650 °C на термограмме ДТА проявляются три происходящих в образце эндогермических процесса. При последующем затвердевании формируется структура с двумя типами дендритов с субструктурой. Дендриты различаются размером, формой и содержанием элементов. В междендритном пространстве, также как и в образце после дуговой плавки, структура типа видманштеттовой, но размеры пластин на порядок больше. При кристаллизации одновременно происходит расслоение в дендритах и в междендритном пространстве с выделением нескольких фаз разных состава и морфологии. Микротвердость сплава уменьшается до ~ 5 ГПа.

Селективным лазерным плавлением получены образцы сплава Al-Ce-Fe-Ni-Zr при скоростях сканирования 700–1900 мм/с. Структура образцов – эвтектическая (твердый раствор на основе алюминия находится внутри интерметаллидных ячеек). На границе ячеек наблюдается более грубая эвтектическая структура с ячейками большего размера. Микротвердость образцов составила HV_0,1 115–170, предел прочности 370–475 МПа, пластичность 10–23%. В образцах наблюдаются остаточные термические напряжения <250 МПа. Увеличение плотности энергии способствовало снижению прочностных характеристик, увеличению пластичности сплава, а также уменьшению остаточных макропапряжений.

Рассмотрены особенности коррозии трубных сталей, содержащих до 17% Cr, в средах, осложненных присутствием углекислого газа. Гравиметрическим методом исследованы основные факторы, влияющие на механизм коррозионных процессов, такие как pH среды (от 3,5 до 7,5), температура (до 150 °C), парциальное давление CO₂ (до 17 МПа (170 атм)) и H₂S (до 50 кПа (0,5 атм)), количество хлорид-ионов (до 240 г/л). По результатам исследования стали с содержанием хрома <1% не обеспечивают необходимую коррозионную стойкость, влияние увеличения содержания хрома до 3–5% на скорость коррозии в этих условиях слабое, в то время как стали, содержащие 13% Cr и выше, демонстрируют повышенную устойчивость даже в условиях высокой агрессивности среды. Это соответствует изменению состава и характеристик слоев продуктов коррозии на поверхности изделий. Полученные результаты исследований позволяют определить порог применимости материалов, содержащих разное количество хрома, в углекислых средах и могут стать основой для разработки схемы выбора материалов для осложненных условий эксплуатации.

Проведено исследование фазово-структурного состояния композиционных покрытий Inconel 625/(WC, W₂C), синтезированных методом лазерной наплавки. При синтезе экспериментальных покрытий варьировали содержание упрочняющей фазы в интервале от 10 до 50 об. %. Рентгеновским методом показано, что фазовый состав покрытий представлен никелевым твердым раствором и карбидными фазами WC, W₂C, η₁(Ni₃Mo₃C) и MoNbC₂. С помощью растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа в структуре покрытий выявлены сферические частицы исходного карбида вольфрама с зоной вокруг них («ореолом»), обогащенной вольфрамом, углеродом, а также карбидообразующими элементами матрицы (Mo, Nb и Cr), дендриты никелевой матрицы и обогащенное Mo, Nb, Cr и W междендритное пространство частично с эвтектической структурой, а частично с избыточными выделениями. Установлено, что параметр кристаллической решетки никелевого твердого раствора немонотонно зависит от содержания карбида в покрытии: максимальное его значение наблюдается при 30 об. % карбида вольфрама. Показано, что основным механизмом упрочнения матрицы покрытия является дисперсионный за счет выделения фазы η₁(Ni₃Mo₃C).

Представлены результаты исследования процесса получения сфероидизированных порошков системы W-Y₂O₃ фракции 5–50 мкм, для которых характерны субмикроразмерные зерна вольфрама и равномерное распределение оксида игтрин. Порошки получены при использовании подхода, включающего последовательные стадии плазмохимического синтеза нанопорошков системы W-Y₂O₃, грануляции нанопорошков методом распылительной сушки и плазменной сфероидизации полученных микрогранул. Установлены закономерности формирования композитных нанопорошков W-Y₂O₃ с содержанием оксида игтрин в диапазоне от 0,3 до 5,0 мас.% в потоке азотно-водородной плазмы. Определены параметры и условия проведения плазмохимического синтеза, при которых достигается полное превращение исходных реагентов в целевые продукты (W и Y₂O₃) с равномерным распределением оксида игтрин в синтезируемых нанопорошках. Определены условия подготовки устойчивых суспензий на основе нанопорошков системы W-Y₂O₃ и проведения процесса их распылительной сушки, обеспечивающие формирование преимущественно округлых нанопорошковых микрогранул фракции -60 мкм с максимальными выходом и производительностью. Установлено влияние параметров плазменной обработки на степень сфероидизации, внутреннюю структуру, насыпную плотность и текучесть микрогранул, а также определены возможные диапазоны изменения этих характеристик. Доказано, что равномерность распределения оксида игтрин в порошковых материалах обеспечивается на всех стадиях получения сфероидизированных микрочастиц системы W-Y₂O₃ – от плазмохимического синтеза нанопорошков до обработки микрогранул в потоке электродуговой термической плазмы. Продемонстрирована возможность значительного рафинирования обрабатываемых микрогранул по газовым примесям (O, N, H, C) в процессе плазменной обработки.