Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Physical-Technical Series / Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук
Not a member yet
551 research outputs found
Sort by
Керамоматричный композит из карбида кремния и допированного азотом наноструктурированного углерода для электродов суперконденсаторов
Get PDFThe results of studies on the production of a porous ceramic-matrix composite material C–N/SiC from silicon carbide and nitrogen-doped nanostructured carbon for subsequent use as supercapacitor electrodes are presented. The material is formed by pressing silicon carbide micropowder (1 µm) and impregnating with a solution of carbamide (nitrogen source) in phenol-formaldehyde varnish (carbon source), curing and pyrolysis in a nitrogen atmosphere. The maximum concentration of carbamide was obtained in the solution (16 wt.%) at 50 ºС with a viscosity of 134.3 mPa⋅s. Thermogravimetric analysis in nitrogen of the cured solution revealed multistage decomposition with a residual mass of C–N of 48 % at 1000 ºС. Studies of the elemental composition showed a nitrogen content of 1.4 wt.% in C–N/SiC composite (up to 7 % of C–N active mass). In the composite structure, the C–N carbon-nitrogen layer (up to 12 wt.%) distributed inside the matrix pores and covering the SiC grains is X-ray amorphous has a complex nanoscale relief with an average pore size of 1.0–1.5 nm. According to electrochemical studies, the specific capacitance of the C–N/SiC material and the C–N active layer is 16.84 and 153.2 F/g respectively, and the equivalent resistance of the test supercapacitor cell with C–N/SiC electrodes is 0.567 Ohm for samples with maximum doping. The electrodes operate according to the sorption-desorption mechanism of charge accumulation and release, which is typical for a classic supercapacitor based on a double electric layer without the presence of redox reactions on the electrodes. The influence of technological regimes of pyrolysis on the electrophysical parameters of the cell is revealed: lower values of the pyrolysis temperature and nitrogen pressure in the chamber lead to an increase of the material specific capacitance and reduction of the cell equivalent resistance. The obtained results demonstrate the possibility of utilizing C–N/SiC material for the manufacture of supercapacitor electrodes.Представлены результаты исследований по получению пористого керамоматричного композитного материала C–N/SiC из карбида кремния и допированного азотом наноструктурированного углерода. Материал сформирован посредством прессования микропорошка (1 мкм) карбида кремния и пропитки раствором карбамида (источ ник азота) в фенолформальдегидном лаке (источник углерода), сушки и пиролиза в атмосфере азота. Получена максимальная при 50 °С концентрация карбамида в растворе (16 мас.%) с вязкостью 134,3 мПа·с. Термогравиметрический анализ в азоте высушенного раствора выявил многостадийное разложение с остаточной массой C–N 48 % при 1000 °С. Исследования элементного состава показали содержание азота 1,4 мас.% в композите C–N/SiC (до 7 % от активной массы C–N). В структуре композита углерод-азотный слой C–N (до 12 мас.%), распределенный внутри пор матрицы и покрывающий зерна SiC, является рентгеноаморфным и обладает комплексным наноразмерным рельефом со средним размером пор 1,0–1,5 нм. По данным электрохимических исследований удельная емкость материала C–N/SiC и активного слоя C–N составляет 16,84 и 153,2 Ф/г соответственно, а эквивалентное сопротивление тестовой суперконденсаторной ячейки с электродами C–N/SiC равно 0,567 Ом для образцов с максимальным допированием. Электроды работают по сорбционно-десорбционному механизму накопления и отдачи заряда, что характерно для классического суперконденсатора, работающего на двойном электрическом слое без присутствия окислительно-восстановительных реакций на электродах. Выявлено влияние технологических режимов пиролиза на электрофизические параметры ячейки: более низкие значения температуры пиролиза и давления азота в камере позволяют повысить удельную емкость материала и понизить эквивалентное сопротивление ячейки. Полученные результаты демонстрируют возможность применения C–N/SiC-материала для изготовления электродов суперконденсаторов
Подготовка исходного питания установок гранулирования хлористого калия
Get PDFThe assessment of existing technological solutions in the field of preparation of feedstock for potassium chloride granulation plants of silvinite processing plants of JSC “Belaruskali”, compliance of these solutions with the developed theoretical concepts and recommendations was carried out. It has been established that in the granulation departments of factories with the flotation method of enrichment at the stage of homogenization of the charge by granulation composition and humidity, and the improvement of its crystal structure, the process of particle agglomeration is not efficient enough due to the technical imperfection of the used agglomerators. At the same time, there is a significant overspending of the structure-forming reagent compared to the amount calculated in accordance with the stoichiometry of calcium and magnesium ions, which leads to excessive contamination of the finished product with sodium carbonate. To eliminate the identified drawback, it is proposed to use as an agglomeration device a turbo-blade agglomerator mixer of the TLA-080 brand manufactured by the JSC “Soligorsk Institute of Resources Saving Problems with Pilot Production”, specially designed for agglomeration of potassium chloride. It has been established that an increase in the physico-mechanical and physico-chemical characteristics of granulated potassium chloride of a processing plant with a halurgic enrichment method can be achieved by introducing the developed technology of structural agglomeration of the charge entering the granulation plants in turbo-bladе agglomeration mixers of the TLA-080 brand without the use of structure-forming reagents.Выполнена оценка существующих технологических решений в области подготовки исходного пита ния установок гранулирования хлористого калия сильвинитовых обогатительных фабрик ОАО «Беларуськалий», соответствия этих решений выработанным теоретическим представлениям и рекомендациям. Установлено, что в отделениях грануляции фабрик с флотационным методом обогащения на этапе гомогенизации шихты по гранулометрическому составу и влажности и при совершенствовании ее кристаллической структуры процесс агломерации частиц происходит недостаточно эффективно вследствие технического несовершенства используемых аппаратовагломераторов. При этом имеет место значительный перерасход структурообразующего реагента по сравнению с количеством, рассчитанным согласно стехиометрии ионов кальция и магния, что приводит к избыточному загрязнению готовой продукции карбонатом натрия. Для устранения выявленного недостатка предложено использовать в качестве аппарата-агломератора специально разработанный для агломерирования хлористого калия турболопастной смеситель-агломератор марки ТЛА-080 производства ЗАО «Солигорский Институт проблем ресурсосбережения с Опытным производством». Показано, что повышение физико-механических и физико-химических характеристик гранулированного хлористого калия обогатительной фабрики с галургическим методом обогащения может быть обеспечено путем внедрения разработанной технологии структурной агломерации шихты, поступающей в установки гранулирования, в турболопастных смесителях-агломераторах марки ТЛА-080 без использования структурообразующих реагентов
Определение вязкости разрушения алмазоподобных тонких покрытий на мягком и твердом подслоях методом наноиндентирования
Get PDFThe results of a study of the structure and physical and mechanical properties of diamond-like coatings (DLC) on sublayers of different hardness are presented. The coatings have high hardness, but at the same time they are prone to delamination and destruction due to high residual internal stresses. The fracture toughness was determined by the nanoindentation method and the energy calculation method using approach-retraction curves. Atomic force microscopy was used to study the surface structure and deformation region after nanoindentation. A change in the surface structure and roughness of DLC was established depending on the sublayer. Low roughness is characteristic of DLC on a copper sublayer. Applying а titanium sublayer leads to an increase in the elastic modulus of the DLC. The microhardness of both coatings is practically the same. AFM studies have shown two different types of DLC deformation after nanoindentation with a Berkovich pyramid. A crack on coatings with a copper sublayer propagates around the indentation print, and on an DLC with a titanium sublayer, it propagates along the edges of the indentation. It was found that the fracture toughness of DLC on a Ti sublayer is 33 % lower compared to DLC on a Cu sublayer due to a decrease in stress relaxation inside the coating. The considered coatings can be used in microelectronics for protection against mechanical damage on contacting and rubbing surfaces.Представлены результаты исследования структуры, физико-механических свойств обладающих высокой твердостью, но в то же время склонностью к расслоению и разрушению из-за высоких остаточных внутренних напряжений алмазоподобных покрытий (АПП) на подслоях различной твердости. Вязкость разрушения определяли методом наноиндентирования и энергетическим методом расчета с использованием кривых подвода-отвода. Для исследования структуры поверхности и области деформации после наноиндентирования использовали атомносиловую микроскопию. Установлено изменение структуры поверхности и шероховатости АПП в зависимости от подслоя. Низкая шероховатость характерна для АПП на медном подслое. Нанесение титанового подслоя приводит к повышению модуля упругости АПП. Микротвердость у обоих покрытий практически одинаковая. АСМ-исследования показали два различных типа деформации АПП после наноиндентирования пирамидой Берковича. Трещина на покрытиях с медным подслоем распространяется вокруг отпечатка индентирования, а на АПП с титановым подслоем – вдоль граней отпечатка. Установлено, что вязкость разрушения у АПП на титановом подслое на 33 % ниже по сравнению с АПП на медном подслое за счет уменьшения релаксации напряжений внутри покрытия. Рассмотренные покрытия воз можно применять в микроэлектронике для защиты от механических повреждений контактирующих и трущихся поверхностей
Оценка эффективности механизмов гетерогенного и гомогенного ингибирования частицами огнетушащего порошка активных частиц пламени с учетом скорости их образования
Get PDFThe relevance of the work is due to the need to improve the technology of extinguishing fire with extinguishing powders based on the study of the laws of the physicochemical processes of interrupting chain combustion reactions, in particular, heterogeneous and homogeneous mechanisms of inhibition of active flame centers by powder particles. The aim of the work is to evaluate the effectiveness of non-stationary mechanisms of heterogeneous and homogeneous inhibition of active flame particles by fire extinguishing powder particles taking into account the rate of their birth, as well as to compare the contributions of each of the mechanisms to the result of fire extinguishing. Mathematical modeling of the mechanisms of heterogeneous and homogeneous inhibition of active flame particles by fire extinguishing powder particles is carried out, taking into account the rate of birth of active particles of in flame. The theoretical dependences of the rates of reactions of heterogeneous and homogeneous inhibition of active flame particles on the dispersed characteristics of powder particles, their residence time in the zone of flame and the characteristic durations of inhibition reactions are obtained. It is established that the condition for the effective recovery inhibition of active particles of flame by the mechanisms under consideration is exceeding the time of interaction of powder particles with active flame particles over the duration of inhibition processes, as well as an excess of the rate of inhibition of active flame particles over the rate of their birth. The rate of inhibition of active particles of flame depends on the particle size of the extinguishing powder, namely, the smaller the particle size of the powder, the greater the rate of inhibition. This dependence is observed explicitly for the mechanism of heterogeneous inhibition of active particles of flame and implicitly for the mechanism of homogeneous inhibition through the dependence of the rate of thermal production of metal oxide radicals of the extinguishing powder involved in this process on the size of the powder particles. The presence of two stages in the implementation of the mechanism of homogeneous inhibition of active flame particles (thermal production of metal oxide radicals of the powder substances used and the inhibition process itself) allows us to consider this mechanism of extraction of active particles longer than the mechanism of heterogeneous reduction, and, therefore, it does not significantly contribute to the chemical process of extinguishing a fire.Для совершенствования технологии тушения пожара огнетушащим порошком проведен анализ механизмов тушения пожара данным веществом, основанных на физико-химических процессах прерывания цепных реакций горения. Выполнена оценка эффективности механизмов гетерогенного и гомогенного ингибирования частицами порошка активных частиц пламени с учетом скорости их образования, а также сопоставление их вкладов в результат тушения пожара. Проведено математическое моделирование механизмов гетерогенного и гомогенного ингибирования частицами огнетушащего порошка активных частиц пламени с учетом скорости их образования. Получены теоретические зависимости скоростей реакций гетерогенного и гомогенного ингибирования активных частиц пламени от дисперсных характеристик частиц порошка, времени пребывания их в зоне горения и характерных длительностей реакций. Установлено, что условием эффективного восстановления активных частиц пламени рассматриваемыми механизмами является превышение времени взаимодействия частиц порошка с активными частицами пламени над длительностями реакций ингибирования, а также превышение скоростей данных реакций скорости их образования. Скорость восстановления активных частиц пламени зависит от размеров частиц огнетушащего порошка: чем меньше размер частиц порошка, тем больше скорость восстановления. Такая зависимость наблюдается в явном виде для механизма гетерогенного ингибирования активных частиц пламени и в неявном виде для механизма гомогенного ингибирования через зависимость скорости термообразования радикалов оксидов металлов огнетушащего порошка, участвующих в данном процессе, от размеров частиц порошка. Наличие двух стадий в реализации механизма гомогенного ингибирования активных частиц пламени (термообразования радикалов оксидов металлов применяемых порошковых веществ и собственно самого процесса ингибирования) позволяет считать данный механизм восстановления активных частиц более длительным, чем механизм гетерогенного ингибирования, а следовательно, не вносящим существенного вклада в химический процесс тушения пожара. Результаты работы могут быть применены при разработке составов огнетушащих порошков, а также в пожаротушении для выбора оптимальной скорости подачи огнетушащего порошка в очаг пожара
Моделирование тепловых процессов в полупространстве при нагреве движущимся источником с равномерно распределенным тепловым потоком
Get PDFUsing the method of applying instantaneous point sources, a solution was obtained to the problem of heat conduction during surface heating of a body in the form of a half-space by a uniformly distributed highly concentrated heat flux moving at a constant speed along a rectilinear trajectory with a different shape of the heating spot at constant thermophysical characteristics of the material. The effect of temperature loading modes and the shape of the heating spot on thermal processes in the heat-affected zone is studied. The surfaces and lines of the temperature level are constructed for different moments of time and speed loading modes in different planes of the heating zone. Time dependences of temperatures, heating and cooling rates for body points are given. The shortcomings of the methods used for linear thermal conductivity, the lack of direct consideration in the design scheme of the surface melt zone of the material do not allow one to reliably assess the effect of heat treatment modes on changes in material properties, focusing only on the level of the maximum design temperature. In this regard, the structure formation of metal in the zone of thermal action is proposed to be associated with a thermal impulse, i.e. the total thermal energy perceived by the material at a given point of the body, as well as with the effective structurization impulse introduced into consideration, which characterizes the energy spent on the process of structural transformations of the material, and the structurization time at a point and some volume of the body. The dependencies of these values on the speed of movement and the shape of the heating spot are presented. The considered approaches can be applied to various metals and alloys. The research results can be used to develop more effective methods for determining the optimal modes of surface hardening of metal products with a high-energy source.Методом приложения мгновенных точечных источников получено решение задачи теплопроводнос ти при поверхностном нагреве тела в форме полупространства движущимся с постоянной скоростью по прямолинейной траектории равномерно распределенным высококонцентрированным тепловым потоком с различной формой пятна нагрева при постоянных теплофизических характеристиках материала. Исследовано влияние режимов температурного нагружения и формы пятна нагрева на тепловые процессы в зоне термического влияния. Построены поверхности и линии уровня температуры для различных моментов времени и скоростных режимов нагружения в разных плоскостях зоны нагрева. Приведены зависимости от времени температур, скоростей нагрева и охлаждения для точек тела. Недостатки используемых методов линейной теплопроводности, отсутствие прямого учета в расчетной схеме зоны поверхностного расплава материала не позволяют достоверно оценивать влияние режимов термообработки на изменение свойств материала, ориентируясь только на уровень максимальной расчетной температуры. В связи с этим структурообразование металла в зоне теплового воздействия предложено связывать с тепловым импульсом, то есть полной тепловой энергией, воспринятой материалом в данной точке тела, а также с введенным в рассмотрение эффективным импульсом структуризации, характеризующим энергию, затрачиваемую на процесс структурных превращений материала, и временем структуризации в точке и некотором объеме тела. Представлены зависимости этих величин от скорости движения и формы пятна нагрева. Рассмотренные подходы могут быть применены к различным металлам и сплавам. Результаты исследований могут использоваться для разработки более эффективных методик определения оптимальных режимов поверхностного упрочнения металлоизделий высокоэнергетическим источником
Влияние угла освещения на выходные параметры кремниевого фотоумножителя
Get PDFThe influence of supply voltage on the photosignal value and signal-to-noise ratio has been studied while changing the incidence angle of optical radiation on the photosensitive surface of Ketek PM 3325, ON Semi FC 30035, and KOF5-1035 silicon photomultipliers. A scheme of the installation and a research technique are given. An installation scheme and a research technique have been given.The magnitude of the photosignal of the studied photodetectors was measured as a function of the magnitude of the overvoltage, and the signal-to-noise ratios were determined. The photosignal values of the studied photodetectors have been conducted as a function of overvoltage value, and the signal-to-noise ratios have been determined.It has been established that a flat vision angle of silicon photomultipliers depends on the photodetector supply voltage. Diagrams of changing the photosignal values from the incidence angles of optical radiation on the photosensitive surface of photodetectors have been given.It has been found that at supply voltages exceeding the breakdown voltage by no more than 1 V, the maximum deviation of the incidence angle of optical radiation on the photosensitive surface of silicon photomultipliers within a flat vision angle leads to a decrease in the signal-to-noise ratio to at least 60 % of the maximum value for KOF5-1035 and not more thant 80 % for Ketek PM 3325 and ON Semi FC 30035.The dependences of the signal-to-noise ratio on incidence angle of optical radiation on a photosensitive surface for various overvoltages have been given. The results of this article can be applied in the development and design of instruments and devices for detecting optical radiation based on silicon photomultipliers.Исследовано влияние напряжения питания на величину фотосигнала и отношение сигнал/шум при изменении угла падения оптического излучения на фоточувствительную поверхность кремниевых фотоумножителей Ketek РМ 3325, ON Semi FC 30035 и КОФ5-1035. Приведена схема установки и методика исследования. Выполнены измерения зависимостей величины фотосигнала исследуемых фотоприемников от величины перенапряжения, определены значения отношения сигнал/шум. Установлено, что плоский угол зрения кремниевых фотоумножителей зависит от напряжения питания фотоприемника. Приведены диаграммы изменения величины фотосигнала от углов падения оптического излучения на фоточувствительную поверхность фотоприемников. Установлено, что для напряжений питания, превышающих напряжение пробоя не более чем на 1 В, наблюдается уменьшение фотосигнала в пределах плоского угла зрения до уровня 60 % от его максимального значения для КОФ5-1035 и до уровня 80 % для Ketek РМ 3325 и ON Semi FC 30035. Получены зависимости отношения сигнал/шум от угла падения оптического излучения на фоточувствительную поверхность при различных перенапряжения. Результаты данной статьи могут найти применение при разработке и конструировании приборов и устройств для регистрации оптического излучения на основе кремниевых фотоумножителей
Новое в гидравлике каналов с проницаемыми стенками: показатель относительной величины диссипации
Get PDFThe factors that have led to the creation of the scientific direction “hydraulics of variable mass” to study the fluid movement laws in channels with permeable walls are indicated. The results of applying of the dynamics of a variable mass point for describing the flow in such pipelines are presented. It is noted unjustifiability of the second Newton’s law generalization to the case of motion of a variable mass point for hydrodynamics problems. The functionality of one-dimensional and multidimensional models of fluid motion in permeable channels based on the classical equations of fluid and gas mechanics is characterized. It is substantiated the dominance of one-dimensional models in engineering computational practice, and a number of contradictions in the description of fluid dynamics are shown (with the flow visualization). On the base of the new kinematic image (instead of the generally accepted “solid jet”, when fluid particles are separated or joined), it has been obtained a one-dimensional equation of fluid motion in a permeable channel in which the friction coefficient is an indicator of the relative magnitude of the energy dissipation of the flow. The dependence of the Coriolis coefficient on the flow regime is constructed. The structure of the friction drag coefficient of a permeable channel has been studied using the vector dimension of length. It is shown that the dissipation of the flow energy in a permeable channel is higher both during outflow and inflow of liquid than in channels with solid walls at the same flow rates. The results are in demand in the development of chemical technology devices, nuclear reactors with microfuel elements, filters and heat exchangers containing channels with permeable walls.Указаны факторы возникновения научного направления по изучению закономерностей движения жидкости в каналах с проницаемыми стенками, получившего название «гидравлика переменной массы». Приведены результаты применения положений динамики точки переменной массы для описания течения жидкости в подобного рода магистралях. Отмечена неоправданность обобщения второго закона Ньютона на случай движения точки переменной массы для задач гидродинамики. Охарактеризована функциональность одномерных и многомерных моделей течения в проницаемых каналах, основанных на классических уравнениях механики жидкостей и газов. Обосновано доминирование одномерных моделей в инженерной расчетной практике и показан (с привлечением визуализации течения) ряд противоречий в описании динамики потока. На основе нового кинематического образа (взамен общепринятого − «твердой струи», от которой отделяются или к которой присоединяются частицы жидкости) получено одномерное уравнение движения жидкости в проницаемом канале, в котором коэффициент сопротивления трения является показателем относительной величины диссипации энергии потока. Построена зависимость вошедшего в уравнение коэффициента Кориолиса от режима течения. Исследована структура коэффициента сопротивления трения проницаемого канала с привлечением векторной размерности длины. Показано, что диссипация энергии потока в проницаемом канале как при оттоке, так и при притоке жидкости выше, чем в каналах со сплошными стенками при одинаковых ее расходах. Полученные результаты востребованы при разработке аппаратов химической технологии, ядерных реакторов с микротвэлами, фильтров и теплообменных аппаратов, содержащих каналы с проницаемыми стенками.
Анодирование алюминия в вязком электролите для формирования одномерных фотонных кристаллов
Get PDFIn the paper, the possibility to produce anodic aluminum oxide (AAO) featuring one-dimensional photonic crystal along the normal to the surface is shown. The AAO structure is represented by alternating layers of different porosity and is formed in a viscous electrolyte based on sulfuric acid and ethylene glycol at the periodically varying from high (1.8 mA/cm2) to low (0.4 mA/cm2) current density with a rectangular pulse shape. The pore sizes and interpore distance, pore density and porosity, thickness and period of the AAO structure have been determined. The specular reflection spectra features for single layers that make up the AAO structure and for one-dimensional photonic crystals structures consisting of 165 periods have been studied. An increase in the porosity of the upper layers of the structure due to chemical etching of the pores during the oxide growth is noted. It is shown that the invariance of the spectral position of the photonic band gap for AAO structures is achieved by a 0.1 % decrease in charge at each subsequent anodizing cycle during their formation, which leads to a decrease in the period of the structure in the lower layers, compensating for the increase in the upper layers porosity. The reflection spectra have been analyzed for the incidence angles of 10° and 30° and used to calculate the period of the structure and the effective refractive index. The effective refractive index of the single layers that make up the AAO structure is calculated using the optical Fabry–Perot oscillations. For AAO with the properties of one-dimensional photonic crystal, a green color is observed at normal light incidence, and an iridescent color is observed when the angle changes. AAO can be used as a decorative coating on the housings of electronic devices (tablets, laptops, phones, etc.) and when creating design objects made of aluminum and its alloys.Показана возможность формирования анодного оксида алюминия (АОА) со свойствами одномерного фотонного кристалла вдоль нормали к поверхности. Структура АОА представлена чередующимися слоями различной пористости и сформирована в вязком электролите на основе серной кислоты и этиленгликоля при периодически изменяющейся плотности тока с 1,8 на 0,4 мА/см2 с прямоугольной формой импульса. Определены размеры пор и расстояние между ними, плотность пор и пористость, толщина и период структуры АОА. Изучены особенности спектров зеркального отражения одиночных составляющих структуру АОА слоев и структур одномерных фотонных кристаллов, сформированных из 165 периодов, каждый из которых соответствовал росту оксида при плотностях тока 1,8 и 0,4 мА/см2. Отмечено увеличение пористости верхних слоев структуры вследствие химического травления пор в процессе роста оксида. Показано, что неизменность спектрального положения фотонной запрещенной зоны для структур АОА достигается уменьшением заряда на каждом последующем цикле анодирования на 0,1 % при их формировании, что приводит к уменьшению периода структуры в нижних слоях, компенсируя рост пористости в верхних слоях. Спектры отражения проанализированы для углов падения 10° и 30° и использованы для расчета периода структуры и эффективного показателя преломления. Эффективный показатель преломления одиночных составляющих структуру АОА слоев рассчитан с использованием оптических осцилляций Фабри–Перо. Для АОА со свойствами одномерного фотонного кристалла при нормальном падении света наблюдается зеленая окраска, а при изменении угла – радужная. АОА может быть использован как декоративное покрытие на корпусах электронных приборов (планшеты, ноутбуки, телефоны и др.) и при создании объектов дизайна из алюминия и его сплавов
Особенности структурообразования в антифрикционном композиционном порошковом инфильтрированном медным сплавом материале на основе железа (псевдосплаве) при высокотемпературной термомеханической обработке
Get PDFThe results of studies of the structure formation process in an iron-based antifriction composite powder material infiltrated with a copper alloy (pseudo-alloy) during thermal and high-temperature thermomechanical treatment (HTMT) are presented. It is shown that after infiltration the structure of the pseudo-alloy consists of sections of the steel skeleton with a perlite structure almost homogeneous in carbon and a small amount of cementite, sections of the copper phase located along the boundaries and at the joints of the particles of the steel skeleton, sulfide inclusions mainly in the copper phase. In the process of hardening, carbon is redistributed in the particles of the steel skeleton; a layer 2–5 µm thick with an increased carbon content is formed at the boundary with the copper phase. During HTMT, the structure is refined, a macrotexture is formed, and the thickness of the copper phase interlayers decreases, depending on the degree of deformation. The degree of deformation also affects the structure of the steel skeleton. After HTMT with a degree of deformation of 30 %, the structure consists of structureless martensite, troosto-martensite and residual austenite, and in the areas adjacent to the copper phase the carbon content is slightly lower, with a degree of deformation of 50 % – structureless martensite, 25 % more austenite content, more uniform distribution of carbon. It has been established that, due to the activation of diffusion processes during deformation during HTMT, molybdenum sulfides decompose and form iron and copper sulfides of various compositions; molybdenum alloys the iron base or forms carbide. The investigation results can be used in the development of high-strength antifriction materials for heavily loaded friction units.Представлены результаты исследований процесса структурообразования в антифрикционном композиционном порошковом инфильтрированном медным сплавом материале на основе железа (псевдосплаве) при термической и высокотемпературной термомеханической обработке (ВТМО). Показано, что после инфильтрации структура псевдосплава состоит из участков стального каркаса с практически однородной по углероду структурой перлита и небольшим количеством цементита, участков медной фазы, расположенных по границам и в стыках частиц стального каркаса, включений сульфидов преимущественно в медной фазе. В процессе закалки происходит перераспределение углерода в частицах стального каркаса, на границе с медной фазой образуется слой толщиной 2–5 мкм с повышенным содержанием углерода. При ВТМО происходит измельчение структуры, образование макротекстуры, уменьшение толщины прослоек медной фазы, зависящей от степени деформации. Степень деформации влияет также на структуру стального каркаса. После ВТМО со степенью деформации 30 % структура состоит из бесструктурного мартенсита, троосто-мартенсита и остаточного аустенита, при этом в приграничных с медной фазой участках содержание углерода несколько меньше; со степенью деформации 50 % – бесструктурного мартенсита и на 20–25 % большего содержания аустенита, при этом распределение углерода более однородное, а изменение содержания меди, олова и железа плавное. Установлено, что вследствие активации диффузионных процессов в процессе деформации при ВТМО сульфиды молибдена распадаются и образуют сульфиды железа и меди различного состава, молибден легирует железную основу или образует карбид. Полученные результаты могут быть использованы при разработке высокопрочных антифрикционных материалов для тяжелонагруженных узлов трения
Тепломассообмен в процессах сушки тонких натуральных кож внаклейку на гладкие поверхности
Get PDFThe results of the study of drying thin natural leather pasted on a smooth surface are presented. The results of solving the differential equation of non-stationary heat conduction with constant thermophysical coefficients are used to determine the average temperature during the period of decreasing drying rate. The calculated values of temperatures for moisture-proof and moisture-free skin surfaces are given. Methods for simplifying solutions of nonlinear equations with the aim of linearizing these equations for approximating solutions with variable transport coefficients are considered. The use of the method of piecewise stepwise approximation of the transfer coefficients with constant values of these coefficients over short time intervals showed that for low-intensity drying processes, the solutions of the linear heat equation are implemented quite accurately, confirming the regularities obtained empirically. The calculation of the duration of drying according to the method of B. S. Sazhin is given. The results of the processing of experimental curves for drying leathers pasted are presented. The reliability of the obtained equations is verified and the experiment is compared with the calculated values using the formulas. The obtained approximate analytical solutions with reliable values of the transfer coefficients, confirmed by experimentally established regularities, are of practical importance. Together with experimental methods, analytical methods make it possible to establish optimal drying regimes and more accurately generalize experimental data. Изложены результаты исследования тепло- и массообмена в процессе сушки тонкой натуральной кожи внаклейку на гладкую поверхность. Использованы результаты решения дифференциального уравнения нестационарной теплопроводности с постоянными теплофизическими коэффициентами для определения средней температуры в период падающей скорости сушки. Приведены расчетные значения температур для влагоизолированной и свободной к испарению влаги поверхностей кожи. Рассмотрены методы упрощения решений нелинейных уравнений с целью линеаризации этих уравнений для аппроксимации решений с переменными коэффициентами переноса. Использование метода кусочно-ступенчатой аппроксимации коэффициентов переноса с постоянными значениями этих коэффициентов на малых временных интервалах показало, что для малоинтенсивных процессов сушки достаточно точно реализуются решения линейного уравнения теплопроводности, подтверждающие закономерности, полученные опытным путем. Дан расчет длительности сушки по методу Б. С. Сажина. Представлены результаты обработки опытных кривых сушки кож внаклейку. Дана проверка достоверности полученных уравнений и сопоставления эксперимента с расчетными значениями по формулам. Полученные приближенные аналитические решения при достоверных значениях коэффициентов переноса, подтвержденные установленными экспериментальным путем закономерностями, имеют практическое значение. В совокупности с экспериментальными методами аналитические методы позволяют установить оптимальные режимы сушки и более точно обобщать опытные данные.