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
Исследование влияния термообработки на микротвердость и износостойкость покрытий из анодного оксида алюминия, модифицированных наноалмазами
Get PDFAnodizing of aluminum and its alloys is widely used in various fields of science and technology. The process of modifying porous anodic aluminum oxide with ultradispersed diamond (UDD) particles to improve the mechanical characteristics of coatings requires additional study. UDD was modified by consistent heat treatment at 40 °C and 120 °C. The results of the UDD surface modification were controlled by IR spectroscopy. The surface state analysis was carried out using the PMT-3 microhardnessmeter, the SolverPro P47 atomic-force microscope (AFM), and the experimental probe-electrometry device. One of the ways to improve the mechanical characteristics of such coatings is the use of ultradispersed diamonds with respective pretreatment of their surface. The article presents the results of a study of the influence of additives of ultradispersed diamonds with different functional surface composition in an acid electrolyte to form coatings of porous anodic alumina on the surface of AMg-2 aluminum alloy substrates by electrochemical oxidation. An increase in the microhardness and wear resistance of anodic oxide coatings formed on aluminum alloy substrates after various post-growth heat treatments is noted. It is shown that using a combined method based on doping anodic alumina in the process of synthesis with modified ultradispersed diamonds and post-growth annealing of the coatings obtained in vacuum at T = 500 °C, it is possible to obtain a composite material that is 2 times higher in hardness and 3 times higher in wear resistance compared to the initial coating. The research results can be used to create a new generation of radiation-resistant heat-removing bases, nano and micromechanical devices, elements of passive and active electronics, high-quality parts for spacecraft and satellites on modern composite materials.Приводятся результаты исследования влияния добавок ультрадисперсных алмазов (УДА) с различным функциональным составом поверхности в кислотный электролит для формирования покрытий из пористого анодного оксида алюминия на поверхности подложек из сплава алюминия АМг-2 путем электрохимического окисления. УДА модифицировались последовательной термообработкой при 40 °С и 120 °С. Результаты модификации поверхности УДА контролировались методом ИК-спектроскопии. Анализ модифицированной поверхности проводился с помощью микротвердомера типа ПМТ-3, атомно-силового микроскопа SolverPro P47 и экспериментального электрометрического прибора. Отмечается повышение микротвердости и износостойкости покрытий из анодного оксида, сформированных на подложках из алюминиевого сплава, после различных постростовых термообработок. Показано, что, используя комбинированный способ, который основан на легировании анодного оксида алюминия в процессе синтеза модифицированными УДА и постростового отжига покрытий в вакууме при Т = 500 °С, можно создать композиционный материал, обладающий в 2 раза более высокой твердостью и в 3 раза более высокой износостойкостью по сравнению с исходным покрытием. Результаты исследований могут быть использованы при создании нового поколения радиационно-стойких теплоотводящих оснований, нано- и микромеханических устройств, элементов пассивной и активной электроники, высококачественных деталей для космических аппаратов и спутников на современных композиционных материалах
Кинетика пиролиза древесной биомассы в изотермических условиях
Get PDFThe paper discusses the results of a kinetic study of the pyrolysis of woody biomass (ordinary oak wood – Quercus robur) under static conditions at temperatures of 673, 773 and 873 K. In experiments, biomass samples weighing about 1.4 g were kept in a heating furnace for a certain period, after which their residual weight was measured and the degree of decomposition achieved was determined. A total of 7 series of experiments were performed: two series each at temperatures of 673 and 873 K and three series at a temperature of 773 K. The obtained results were analyzed in the framework of a single-stage chemical reaction (one-step global model), leading to a loss of the initial mass. It was established that from the phenomenological point of view, the pyrolysis of woody biomass under experimental conditions corresponds to the sigmoidal reaction model by Avarami–Erofeev with an exponent n ranging from 0.508 to 0.985. The use of the results of the first series of experiments led to an activation energy value of 57.2 kJ/mol and a pre-exponential factor value of 38 s–1. The other series of experiments gave an activation energy value of 64.9 kJ/mol and a preexponential factor value of 130 s–1. It is shown that the use of these values of the activation energy and the preexponential factor leads to agreement of the calculated values of the degree of decomposition of the studied biomass samples with the experimental ones in the range of values of the degree of decomposition from 0 to 1. The data presented in this work contribute to a more complete understanding of the kinetics of pyrolysis of biomass, which is necessary for the development of effective equipment for the thermochemical processing of vegetable raw materials.Обсуждаются результаты кинетического исследования пиролиза древесной биомассы (древесина дуба обыкновенного – Quercus robur) в статических условиях при температурах 673, 773 и 873 К. В опытах образцы массой порядка 1,4 г выдерживались в нагревательной печи на протяжении некоторого промежутка времени, после чего измерялась их остаточная масса и определялась достигнутая степень разложения. Всего выполнено семь серий опытов: по две серии при температурах 673 и 873 К и три серии при температуре 773 К. Полученные результаты анализировались в рамках одностадийной химической реакции, приводящей к потере исходной массы. Установлено, что с феноменологической точки зрения пиролиз древесной биомассы в условиях опытов соответствует сигмоидальной реакционной модели Аврами–Ерофеева с показателем степени n, изменяющимся в пределах от 0,508 до 0,985. Анализ результатов первых серий опытов привел к значению энергии активации, равному 57,2 кДж/моль, и значению предэкспоненциального фактора, равному 38 с–1. Другие серии опытов дали значение энергии активации, равное 64,9 кДж/моль, и значение предэкспоненциального фактора, равное 130 с–1. Показано, что использование этих значений энергии активации и предэкспоненциального фактора приводит к согласию расчетных значений степени разложения изученных образцов биомассы с экспериментальными в интервале значений степени разложения от 0 до 1. Представленные в работе данные способствуют более полному пониманию кинетики пиролиза биомассы, что необходимо для разработки эффективного оборудования для термохимической переработки растительного сырья
Многочастотный метод контроля для вихретоковой толщинометрии
Get PDFWhen eddy-current thickness measurement is carried out, one of the disturbing factors leading to an error in determining the thickness of the conductive coating on a conducting ferromagnetic or non-ferromagnetic substrate are the variations of the electromagnetic parameters of the coating and the substrate observed when the transducer moves from point to point along the surface of the controlled product, when moving from one product to another, at presence of heat treatment or other thermal effects on the controlled product after coating. The paper presents the results of experimental studies of the influence of variations in the electromagnetic parameters of a conducting ferromagnetic substrate on the phase of the emf, introduced into the superimposed transducer. It is shown, when the minimum influence of such variations on the specified phase is achieved. As a result, it was suggested to use the multi-frequency method to reduce the influence of variations of electromagnetic parameters on the accuracy of determining the coating thickness during application of the phase control method. It consists in the fact that the frequency of the excitation current of the transducer, mounted on the monitored product, is discretely reduced from a certain maximum to a certain minimum frequency during measurements. At the high frequency, the specific electric conductivity of the coating material is taken into account, with decreasing frequency, such a value is determined when the electromagnetic parameters of the substrate begin to affect the phase formation. Then, using the calibration curve obtained from samples from the same coating material and substrate as the controlled article and having a known coating thickness, the desired coating thickness on the product to be tested is determined.При вихретоковой толщинометрии одним из мешающих факторов, обусловливающим погрешности определения толщины проводящего покрытия на проводящей ферромагнитной или неферромагнитной подложке, являются вариации электромагнитных параметров покрытия и подложки, наблюдаемые при перемещении преобразователя от точки к точке по поверхности контролируемого изделия, при переходе от одного изделия к другому, при наличии термообработки или другого термического воздействия на контролируемое изделие после нанесения покрытия. В работе приведены результаты экспериментальных исследований влияния вариаций электромагнитных параметров проводящей ферромагнитной подложки на фазу вносимой в накладной преобразователь ЭДС. Показано, когда достигается минимальное влияние таких вариаций на указанную фазу. В результате для уменьшения влияния вариаций электромагнитных параметров на точность определения толщины покрытия при фазовом способе контроля предложено использовать многочастотный метод. Он состоит в том, что частоту тока возбуждения преобразователя, установленного на контролируемое изделие, при проведении измерений дискретно уменьшают от некоторой максимальной до определенной минимальной частоты. При высокой частоте производится учет удельной электрической проводимости материала покрытия, при уменьшении частоты определяется такое ее значение, когда на формирование фазы начинают оказывать влияние электромагнитные параметры подложки. Затем с использованием калибровочной зависимости, полученной с образцов из того же материала покрытия и подложки, что и контролируемое изделие, и имеющих известную толщину покрытий, определяют искомую толщину покрытия на контролируемом изделии
Экспериментальное определение рациональных геометрических параметров держателя и разбрызгивателя оросителя по кратности и устойчивости пены
Get PDFThe results of experimental studies on determination of the effect of the deflector-type sprinkler geometric parameters on the air-mechanical foam formation process are presented in the article. A collapsible sprinkler was developed for the experiment. The elements of the collapsible sprinkler which allow creating its various configurations in a fairly wide range of geometric parameters were made from polylactide (PLA-plastic) with the help of 3D printing. The dependencies of the air-mechanical foam expansion rate and stability on the sprinkler holder length, as well as the external diameter, the taper angle and the ledges height of the sprinkler sprayer were established. The ranges of optimal values along the holder length L = 45÷55 mm and the sprayer ledges height h = 1÷3 mm of the sprinkler for generation of foam with the greatest expansion rate and stability were determined, as well as the ranges of values of these parameters at which the change in the quality characteristics does not occur (L = 90÷150 mm, h = 5÷15 mm). A decrease in the foam quality characteristics with an increase in the sprayer taper angle of the sprinkler was established. Approximate dependencies of the foam expansion rate and stability on the sprayer taper angle of the sprinkler in the range α = 30÷135° were obtained. In addition, it is determined that an increase in the sprayer external diameter in the range from 20 mm to 100 mm results in a gradual deterioration in the foam qua lity. The results of the conducted researches will allow optimizing geometrical parameters of existing designs of deflector-type sprinklers with the aim to increase their fire extinguishing efficiency.Приведены результаты экспериментальных исследований по определению влияния геометрических параметров розеточных оросителей на процесс образования воздушно-механической пены. Для проведения эксперимента разработан сборно-разборный ороситель. При помощи 3D-печати из полилактида (PLA-пластик) изготовлены элементы сборно-разборного оросителя, позволяющие создавать различные его конфигурации в достаточно широком диапазоне значений геометрических параметров. Установлены зависимости кратности и устойчивости воздушно-механической пены от длины держателя оросителя, а также внешнего диаметра, угла конусности и высоты выступов его разбрызгивателя. Определены диапазоны оптимальных значений по длине держателя L = 45÷55 мм и высоте выступов разбрызгивателя h = 1÷3 мм оросителя для генерирования пены с наибольшей кратностью и устойчивостью, а также диапазоны значений данных параметров, при которых изменение значений кратности и устойчивости не происходит (L = 90÷150 мм, h = 5÷15 мм). Установлено снижение качественных характеристик пены при увеличении угла конусности разбрызгивателя. Получены аппроксимационные зависимости кратности и устойчивости пены от угла конусности разбрызгивателя в диапазоне α = 30÷135°. Кроме того, определено, что увеличение внешнего диаметра разбрызгивателя в диапазоне от 20 до 100 мм приводит к постепенному ухудшению качества пены. Результаты проведенных исследований позволят оптимизировать геометрические параметры существующих конструкций розеточных оросителей с целью повышения их эффективности при тушении пожара
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ РЕЦЕПТУРНЫХ ФАКТОРОВ, ОКАЗЫВАЮЩИХ ДОМИНИРУЮЩЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ТЕРМОИЗОЛИРУЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ И АТМОСФЕРОСТОЙКОСТЬ ОГНЕЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ
Get PDFВЛИЯНИЕ ИМПУЛЬСНОГО ДЕЛЕНИЯ ОКСИДНЫХ СФЕРОИДОВ В ПЛАЗМЕННОМ ПОТОКЕ НА СТРУКТУРУ ПОКРЫТИЙ
Get PDFThe purpose of this part of the research was to study the structural transformations at the transition of particlemicrocomposites from plasma flow into sprayed layer, taking into account grinding of spheroids. The results of investigations of the impulse fission of oxide spheroids in a plasma flow, the granulometric composition of microcomposites of two compositions: SiO2–TiO2, SiO2–TiO2–Al2O3 with an initial particle size of 40–50 μm, 50–63, 63–71 μm and the structure of plasma coatings from them are presented. The process of pulsed fission of spheroids in a plasma stream is found in all the compositions under study and is most intensive in systems of: SiO2–TiO2 (with initial particle size of 40–50 μm and 50–63 μm), SiO2– TiO2–Al2O3 (with initial particle size 40–50 μm). The features of the formation of structural fragments of coatings of various shapes (spheroidized and melted) and composition (completely amorphous, with multilayer shells, including amorphous ones) are studied. It is shown that the proposed technology makes it possible to obtain ceramic coatings with amorphous-crystalline structure, which features are determined by size and composition of initial microcomposites grinding of them directly in the sputtering process allows formation of finer structures in the coatings and, accordingly, significantly changing their performance characteristics and quality (adhesion strength, wear resistance is 3 times higher than that of corundum coatings, porosity is less than 1 %)
КИНЕТИКА ТЕПЛООБМЕНА ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ ВЛАГООБМЕНА В ПРОЦЕССЕ КОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ ТОНКИХ ПЛОСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Get PDFИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СПЕЦИАЛЬНЫХ ПОРОШКОВ И МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ СЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО СПЛАВЛЕНИЯ
Get PDFThe article presents the results of characterization of special powders of metal alloys and materials produced from these powders by selective laser melting (SLM), including comparative analysis of powders produced using VIGA technology. It is noted the importance of a complex study that includes not only a statistical evaluation of particle size distribution of the powders (preferably, by the method of laser diffraction), but also image analysis providing information on the particles’ shape influencing the powders’ flowability. It is shown that the size distribution and shape metrics for nickel refractory alloys and stainless steel powders obtained at the Powder Metallurgy Institute of the National Academy of Sciences of Belarus are at the level of the best foreign analogues. The influence of powder chemical composition on the mechanical properties of SLM samples is considered. The presence of oxygen and undesirable impurities, as a rule, decreases the strength and tensile strain. It is noted that SLM provides extremely wide opportunities for the formation of complex geometric structures with close to full density. Subsequent thermal or thermal and mechanical processing allows reduction of stresses arising during the SLM, densification of products (if necessary) and regulation of their structure and properties. The prospects of applying the backscattered electron diffraction (EBSD) for analysis of the material structure evolution during SLM and subsequent processing are shown. It is noted that products obtained by the SLM from the powders of special alloys exhibit mechanical properties at a level, and in some cases even exceeding the properties of these alloys produced by traditional and other additive technologies