В статье представлены результаты электронно-пучковой обработки диффузионных слоев на основе бора и алюминия на примере стали 20, на базе модернизированного источника электронов с плазменным катодом на основе дугового разряда низкого давления. Введенный контур обратной связи по ионному току в ускоряющем промежутке плазменного источника электронов позволяет повысить управляемость генерации пучка и электрическую прочность ускоряющего промежутка и тем самым обеспечить обработку поверхности образцов стали до заданной температуры. Для обеспечения стабильности процесса электронно-пучковой обработки предлагается предварительный прогрев поверхности до температуры 400–700 ? импульсами воздействия с контролируемым током разряда. На основном этапе электронно-пучковой обработки температура поверхности диффузионных составляет ~1900 ?. Для обеспечения данного диапазона температуры ток разряда регулируется в пределах 20–150 А в течение импульса длительностью 950 мкс, количество импульсов – три (интервал между импульсами 3 с). Обработка электронным пучком при данных режимах приводит к структурной трансформации диффузионного слоя на глубину более 150 мкм и к существенному повышению значений микротвердости. Отработанный режим электронно-пучковой обработки может быть рекомендован как дополнительный метод в технологиях комбинированной модификации диффузионных слоев на основе бора и алюминия.
Идентификаторы и классификаторы
Развитие технологий, направленных на повышение эксплуатационных свойств поверхности деталей машин и инструмента, предпочтительно в комбинировании различных подходов модификации поверхности методами термической, химикотермической, электрохимической и электронно-пучковой обработки, ультразвукового деформирования, плазменного и лазерного воздействия.
Повышенный интерес представляет обработка импульсным электронным пучком поверхности стали, модифицированной диффузионными слоями, с применением источника электронов с сеточным плазменным катодом на основе дуги низкого давления, обеспечивающим управление плотностью мощности импульсного пучка электронов диаметром ~30 мм в диапазоне от десятков до сотен кВт/см2 непосредственно в течение импульса миллисекундной и субмиллисекундной длительности.
Список литературы
- Generation and propagation of high-current low-energy electron beams / V.N. Devyatkov, N.N. Koval, P.M. Schanin, V.P. Grigoryev, T.V. Koval // Laser and Particle Beams. – 2003. – Vol. 21 (2). – P. 243–248. – DOI: 10.1017/S026303460321212X.
- Электронно-пучковая установка «СОЛО-М» для модификации поверхности металлических и металлокерамических материалов // С.В. Григорьев, В.Н. Девятков, А.В. Миков, П.В. Москвин, А.Д. Тересов // Известия вузов. Физика. – 2014. – Т. 57, № 11-3. – С. 58–62.
- Equipment and processes of vacuum electron-ion plasma surface engineering / V.N. Devyatkov, Yu.F. Ivanov, O.V. Krysina, N.N. Koval, E.A. Petrikova, V.V. Shugurov // Vacuum. – 2017. – Vol. 143. – P. 464–472. – DOI: 10.1016/j.vacuum.2017.04.016.
- Широтная и амплитудная модуляция тока пучка для управления его мощностью в течение импульса субмиллисекундной длительности / В.И. Шин, М.С. Воробьёв, П.В. Москвин, В.Н. Девятков, В.В. Яковлев, Н.Н. Коваль, М.С. Торба, Р.А. Картавцов, С.А. Воробьёв // Известия вузов. Физика. – 2022. – Т. 65, № 11. – С. 176–184. – DOI: 10.17223/00213411/65/11/176.
- Структура, фазовый состав и свойства титана после комплексных упрочняющих технологий / под ред. В.Е. Громова, Ю.Ф. Иванова. – Новокузнецк: СибГИУ, 2015. – 306 с. – (Фундаментальные проблемы современного материаловедения). – ISBN 978-5-7806-0428-0.
- Модификация поверхности технически чистого титана ВТ1-0 после различных видов обработки / А.В. Ионина, Е.А. Будовских, С.В. Коновалов, Ю.Ф. Иванов, И.А. Панченко, В.Е. Громов // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. – 2023. – Т. 13, № 1. – С. 21–31. – DOI: 10.21869/2223-1528-2023-13-1-21-31.
- Влияние электронно-пучковой обработки на структуру технически чистого титана, подвергнутого усталостному разрушению / С.В. Коновалов, И.А. Комиссарова, А.М. Глезер, Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов, С. Чэнь // Деформация и разрушение материалов. – 2019. – № 9. – С. 42–48. – DOI: 10.31044/1814-4632-2019-9-42-48.
- Формирование и эволюция структуры и фазового состава титана ВТ1-0 при электронно-пучковой обработке, токовом импульсном воздействии и многоцикловой усталости / И.А. Комиссарова, С.В. Коновалов, Д.А. Косинов, А.В. Феоктистов, Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов // Антология прочности и пластичности металлов и сплавов при внешних энергетических воздействиях / под ред. В.Е. Громова. – Новокузнецк: СибГИУ, 2018. – С. 62–81.
- Структура и свойства твердых тел, подвергнутых высокоинтенсивному воздействию (к 65-летию профессора Ю.Ф. Иванова) / под общ. ред. Н.Н. Коваля и В.Е. Громова. – Новокузнецк: Полиграфист, 2020. – 337 с. – ISBN 978-5-91797-285-5.
- Усталостная долговечность стали мартенситного класса, модифицированной высокоинтенсивными электронными пучками / Ю.Ф. Иванов, Д.А. Бессонов, С.В. Воробьев, В.Е. Громов, С.В. Коновалов, Н.Н. Коваль. – Новокузнецк: Интер-Кузбасс, 2011. – 259 с. – (Фундаментальные проблемы современного материаловедения). – ISBN 978-5-905647-01-7.
- Усталость сталей, модифицированных высокоинтенсивными электронными пучками / В.Е. Громов, Ю.Ф. Иванов, С.В. Воробьев, С.В. Горбунов, Д.А. Бессонов, В.В. Сизов, С.В. Коновалов. – Новокузнецк: Интер-Кузбасс, 2012. – 403 с. – (Фундаментальные проблемы современного материаловедения). – ISBN 978-5-905647-02-4.
- Повышение усталостной выносливости рельсовой стали электронно-пучковой обработкой / К.В. Волков, В.Е. Громов, Ю.Ф. Иванов, В.А. Гришунин. – Новокузнецк: Интер-Кузбасс, 2013. – 225 с. – (Фундаментальные проблемы современного материаловедения). – ISBN 978-5-905647-06-2.
- Fatigue of steels modified by high intensity electron beams / V.E. Gromov, Y.F. Ivanov, S.V. Vorobiev, S.V. Konovalov. – Cambridge: Cambridge International Science Publ., 2015. – 272 p. – ISBN 978-1-907343-53-7.
- Модификация поверхностного слоя штамповых сталей созданием B-Al-слоев химико-термической обработкой / Н.С. Улаханов, У.Л. Мишигдоржийн, А.Г. Тихонов, А.И. Шустов, А.С. Пятых // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2021. – Т. 17, № 12 (204). – С. 557–564. – DOI: 10.36652/1813-1336-2021-17-12-557-564.
- Koval N.N., Devyatkov V.N., Vorobyev M.S. Electron sources with plasma grid emitters: progress and prospects // Russian Physics Journal. – 2021. – Vol. 63 (10). – P. 1651–1660. – DOI: 10.1007/s11182-021-02219-3.
- Effect of intensified emission during the generation of a submillisecond low-energy electron beam in a plasma-cathode diode / N.N. Koval, S.V. Grigoryev, V.N. Devyatkov, A.D. Teresov, P.M. Schanin // IEEE Transactions on Plasma Science. – 2009. – Vol. 37 (10). – P. 1890–1896. – DOI: 10.1109/TPS.2009.2023412.
- Комплекс уникальных электрофизических установок для эффективной электронно-ионно-плазменной модификации поверхности материалов и изделий «УНИКУУМ» // Портал НТИРФ: сайт. – URL: https://ckp-rf.ru/catalog/usu/434216/ (дата обращения: 06.03.2024).
- Negative current feedback in the accelerating gap in electron sources with a plasma cathode / M.S. Vorobyov, P.V. Moskvin, V.I. Shin, T.V. Koval, V.N. Devyatkov, S.Y. Doroshkevich, N.N. Koval, M.S. Torba, K.T. Ashurova // Technical Physics. – 2022. – Vol. 67 (6). – P. 747–752. – DOI: 10.21883/TP.2022.06.54422.14-22.
- Патент № 2746265 C1 Российская Федерация, МПК H05H 15/00, H01J 37/00, H01J 37/06. Способ генерации электронного пучка для электронно-пучковой обработки поверхности металлических материалов: № 2020137779: заявл. 18.11.2020: опубл. 12.04.2021 / М.С. Воробьев, Т.В. Коваль, Н.Н. Коваль [и др.] ; заявитель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук.
- Microstructure and wear behavior of tungsten hot-work steel after boriding and boroaluminizing / U. Mishigdorzhiyn, Y. Chen, N. Ulakhanov, H. Liang // Lubricants. – 2020. – Vol. 8 (3). – DOI: 10.3390/lubricants8030026.
- Mishigdorzhiyn U., Sizov I. The influence of boroaluminizing temperature on microstructure and wear resistance in low-carbon steels // Materials Performance and Characterization. – 2018. – Vol. 7 (3). – P. 252–265. – DOI: 10.1520/MPC20170074.
Выпуск
Другие статьи выпуска
Предлагается асимптотически робастный инвариантный алгоритм обнаружения и оценки временного положения сигналов, синтезированный на основе приближенно финитной модели распределений шума. Алгоритм основан на вычислении корреляционных статистик нелинейного преобразования наблюдаемой выборки с вектором отсчетов опорного сигнала. Оценка времени задержки сигнала определяется путем специальной обработки полученных статистик с учетом наличия в наблюдаемом процессе зеркальных помех. Алгоритм реализован в частотной области, что позволяет использовать процедуру быстрого преобразования Фурье для уменьшения вычислительных затрат. Результаты имитационного моделирования показывают, что в случае распределений шума с тяжелыми хвостами АРИ-алгоритм обеспечивает энергетический выигрыш по сравнению с классическим корреляционным алгоритмом, а в случае гауссовского шума практически не уступает ему.
В работе представлена обучающая интеллектуальная система «Эксперт Полимер» для идентификации частиц, пригодных для 3D-печати. Программный комплекс предназначен для анализа изображений полимерных материалов на производственной площадке с помощью оптики. Планируется, что данная интеллектуальная система будет использоваться в качестве учебного комплекса программ для студентов высших учебных заведений, а также для биоинженеров и материаловедов в научно-производственных целях. В исследовании использовались технологии Интернета вещей (IoT) для получения изображений с оптических измерительных устройств (электронный микроскоп и др.) от пользователей системы и отправки им результатов анализа изображений. Путем взаимодействия электронного микроскопа с созданным программным комплексом выполнялась задача определения количества всех частиц и количества частиц, удовлетворяющих алгоритму 3D-печати. На основании этих данных эксперт принимает решение о возможности использования полимерных частиц для последующей 3D-печати. Для реализации системы использовались современные библиотеки языка программирования Python, а именно Pandas, Direction2 и YOLOv5 и другие.
Диоксид ванадия (VO2) – материал, испытывающий обратимый фазовый переход полупроводник-металл первого порядка вблизи комнатной температуры, сопровождаемый структурным фазовым переходом. Фазовый переход вызывает резкие изменения электрических и оптических свойств, что перспективно для практических применений. Наноструктуры на основе VO2 за счет малых размеров обладают значительной стойкостью к механическим деформациям, возникающим во время структурного перехода, а также демонстрируют яркие характеристики фазового перехода. Получение наноструктур VO2 является крайне востребованной задачей. В данной работе сообщается об использовании метода сканирующей зондовой литографии для наноструктурирования поликристаллических пленок VO2. Настоящее исследование сосредоточено на модификации пленок VO2 при приложении положительного смещения на образец. Проанализировано влияние величины и длительности приложенного напряжения, относительной влажности воздуха на качество формируемого нанолитографического рисунка. Определен механизм окисления. Установлено, что в результате локального анодного окисления формирующиеся оксидные структуры, состоящие из пентаоксида ванадия (V2O5), полностью растворяются в воде. Таким образом, сплошная поликристаллическая пленка VO2 разделяется на отдельные наноструктуры со строго заданными размерами. Представленный способ формирования наноструктур из кристаллических пленок VO2 перспективен для нанофотоники и наноэлектроники.
В данной статье рассматривается система возбуждения трехкаскадного синхронного генератора для авиационного применения в двух отличительных режимах работы: в качестве генератора электрической энергии для бортовой системы электроснабжения и электростартера для газотурбинных двигателей летательного аппарата. В статье представлен расчет стартерного и генераторного режима работы системы возбуждения. Получены основные расчетные соотношения для схемы полупроводникового преобразователя, подтверждённые имитационным моделированием в среде PowerSIM. Решена задача синтеза системы автоматического управления для блока возбуждения ТСГ, работающего в составе бортовой системы электроснабжения с применением методики расчета параметров регуляторов на основе метода разделения движений. Для генераторного режима работы создана двухконтурная система управления, включающая в себя ПИ- и ПИД-регуляторы с регулированием по выходному напряжению основного генерирующего каскада. Для управления блоком возбуждения в электростартерном режиме работы спроектирована одноконтурная система управления по току обмотки возбуждения с добавлением резонансной составляющей. Оценка эффективности спроектированных систем управления выполнена на основе имитационного моделирования с использованием пакетов прикладных программ PowerSIM и MATLAB/Simulink для генератора, питающего трехфазную сеть переменного тока в соответствии с требованиями ГОСТ Р 54073–2017. Результаты математического моделирования легли в основу проектирования экспериментального образца силовой части в гибридном интегральном исполнении для системы регулирования напряжения ТСГ.
Данная работа представляет экспериментальные исследования перспективного способа воспламенения и горения угольного топлива с использованием плазменной активации. Экспериментальные исследования проводились на стенде тепловой мощностью до 5 МВт. В качестве экспериментальных образца был выбран каменный уголь марки ГД, отобранный после шаровой барабанной мельницы с остатком на сите R90 = 15 %. Условия были приближены к промышленным, применяемым при растопке угольных котлов. Определен рабочий диапазон скоростей пылеугольного потока в электродуговом блоке. Установлено, что стабильный процесс воспламенения и дальнейшего горения угля возможен при скоростях потока на электродуговом блоке от 6 до 13 м/c. Проведена растопка экспериментального стенда с холодного состояния до температуры 1000 °С при коэффициентах избытка воздуха а от 0,5 до 0,7, время растопки не превышало 200 с.
В работе теоретически и экспериментально исследуется воздействие лазерного излучения и высокотемпературной плазмы на природу изменения физических свойств аморфно-нанокристаллических материалов, содержащих нанопоры в тонком поверхностном слое. В настоящее время экспериментально установлена возможность одновременного повышения твердости и стойкости к растрескиванию поверхности материала в результате селективного лазерного воздействия. Экспериментальные результаты могут быть объяснены на основе модели селективного воздействия лазерного излучения на отдельные нанопоры. В работе исследована физика лазерного избирательного инициирования процессов залечивания неоднородных/дефектных областей на наноуровне. С использованием предложенной физической модели выявлена специфика избирательного прогрева областей вблизи нанопор, а также влияние наноразмерных дефектов структуры на специфику распространения изотерм. Рассмотрен процесс залечивания нанопор находящихся в неоднородно прогретом поверхностном слое материала под действием ударной нагрузки. Теоретические результаты сопоставлены с экспериментальными данными. Показано, что в результате селективной лазерной обработки удается повысить микротвердость в три-четыре раза, с одновременным ростом стойкости к растрескиванию в условиях локального нагружения пирамидкой Виккерса. Полученные результаты находят объяснение в рамках представлений об избирательном лазерном залечивании нано- и микроразмерных дефектов, расположенных в поверхностном слое материала. Таким образом в работе теоретически и экспериментально изучены физико-механические свойства поверхности конденсированных материалов, находящихся в экстремальном состоянии, вызванном сильным сжатием в условиях одновременного кратковременного нагрева до высоких температур.
Издательство
- Издательство
- НГТУ
- Регион
- Россия, Новосибирск
- Почтовый адрес
- 630073, Новосибирск, проспект Карла Маркса, 20,
- Юр. адрес
- 630073, Новосибирск, проспект Карла Маркса, 20,
- ФИО
- Батаев Анатолий Андреевич (Ректор)
- E-mail адрес
- rector@nstu.ru
- Контактный телефон
- +7 (383) 3465001
- Сайт
- https://nstu.ru/