3. Секція "Матеріалознавство порошкових та композиційних матеріалів і покриттів"
Постійне посилання на фондhttps://archive.ipms.kyiv.ua/handle/123456789/23
Переглянути
23 результатів
Результати пошуку
Документ Synthesis and spark plasma sintering of Si3N4–ZrN self-healing composites(2022 Elsevier Ltd., 2022) Ostap Zgalat-Lozynskyy; I. Kud; L. Ieremenko; L. Krushynska; D. Zyatkevych; K. Grinkevych; O. Myslyvchenko; V. Danylenko; S. Sokhan; A. RagulyaA Si3N4–ZrN wear-resistant self-healing composite material was developed. Si3N4–ZrN composite ultrafine powders were synthesized at a temperature of 1200 ◦С via solid-state reactions without milling and densified by spark plasma sintering at 1650 ◦C to a relative density of 97 ± 0.5%. Balls 13.494 mm in diameter for ball bearings manufactured by spark plasma sintering had a fine-grained structure with a grain size of 200–500 nm, Vickers hardness of 22.5 ± 1.8 GPa, and indentation fracture toughness of 6.2 ± 0.4 MPa. The tribological properties of the composite were investigated under static and dynamic loading. The self-healing capability of the Si3N4–ZrN composite was evaluated in the temperature range 500–550 ◦С. High-temperature three-point bending tests of notched specimens showed a bending strength of 383 ± 21 MPa at room temperature and 413 ± 30 MPa at 500 ◦С, which confirmed the self-healing of the composite.Документ POLYMER MATERIALS REINFORCED WITH SILICON NITRIDE PARTICLES FOR 3D PRINTING(Springer Science+Business Media, LLC, 2020) O.B. Zgalat-Lozynskyy; O.O. Matviichuk; O.I.Tolochyn; O.V. Ievdokymova; N.O. Zgalat-Lozynska; V.I.Zakiev3Comprehensive research into the production of a ceramic-reinforced polymer material from highdensity polyethylene or polypropylene and -Si3N4 powder was conducted. The incorporation of silicon nitride ceramic particles (5 and 10 vol.%) into the polymers to make polymer–ceramic filaments was studied step by step. High-quality polypropylene–ceramic filaments could be obtained at an extrusion temperature of 150oC with an extrusion speed of 20 cm/min and polyethylene–ceramic filaments at 160oC and 30 cm/min. Data on the shape and size distribution of Si3N4 particles were used to simulate the elementary volume of the filaments to determine the mechanical properties of the composites applying a 2D finite-element model. The reinforcement of the polypropylene/polyethylene-matrix material by 10 vol.% Si3N4 particles was not sufficient because the composite elastic modulus increased insignificantly and the critical strain decreased substantially to incorporate a greater volume of hard particles to improve the elastic modulus. To assess the quality of the polymer–ceramic filaments, parts of different shape (washer and auger) from reinforced and unreinforced filaments were designed and printed. The printed polymer–ceramic parts demonstrated a smooth surface and had no ledges or discontinuous areas. The mechanical (Vickers and Brinell hardness) and tribological (volume wear) properties of the materials were examined. Wear tests of the polyethylene–Si3N4 composite showed that its wear resistance tended to improve with increasing ceramic content of the filament. The low abrasive wear of the Si3N4-reinforced polypropylene/polyethylene material and the behavior of ceramic particles in contact with the indenter indicate that the composite has high fracture resistance in 3D printing.Документ MATERIALS AND TECHNIQUES FOR 3D PRINTING IN UKRAINE (OVERVIEW)(Springer Science+Business Media, LLC, 2022) O.B. Zgalat-LozynskyyAn overview of additive manufacturing techniques in Ukraine from the end of the last century to 2021 is presented. The current state of 3D printing in Ukraine was analyzed in terms of new developments (startups), research areas, and direct implementation of additive manufacturing techniques. The main scientific and research teams that were actively engaged in the development and implementation of additive manufacturing techniques in Ukraine since the end of the 1990s were addressed. They include those involved in research of selective laser sintering for ceramic powders produced from refractory ZrO2–TiO2 and TiN–TiB2 compounds conducted at the Frantsevich Institute for Problems of Materials Science, National Academy of Sciences of Ukraine, and research intended to produce 3D parts by fused deposition of metals or alloys called xBeam 3D Metal Printing conducted at the Paton Electric Welding Institute, National Academy of Sciences of Ukraine. This technique found its commercial implementation in the Chervona Hvilya PJSC startup. The paper discusses the main trends in the development of new equipment for 3D printing with ceramics, polymer/ceramic materials, and metals and alloys, as well as experiments combining different materials to achieve new properties. The latest experiments on the shape of materials are presented. They involve the formation of lattice structures that not only reduce the weight of parts but also impart properties that are comparable to those of dense materials. The main attention is paid to the overview of up-to-date capabilities and prospects for the use of additive manufacturing techniques and materials in national materials science. Attention is also focused on prospects for producing parts of complex shape for various functional purposes from ceramics, metals, and associated composites.Документ СУЧАСНІ ТЕХНОЛОГІЇ 3D-ДРУКУ, МІКРОХВИЛЬОВОЇ ОБРОБКИ ТА ІСКРО-ПЛАЗМОВОГО СПІКАННЯ ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ВИРОБІВ ІЗ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ ТУГОПЛАВКИХ СПОЛУК За матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 6 березня 2024 року(Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича Національної академії наук України, 2024) ЗГАЛАТ-ЛОЗИНСЬКИЙ Остап Броніславович; Zgalat-Lozynskyy O.B.У доповіді наведено найважливіші результати фундаментальних та прикладних досліджень, проведених в Інституті проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України з розроблення сучасних технологій синтезу та консолідації композиційних матеріалів на основі тугоплавких спо- лук для виготовлення виробів, що експлуатуються в умовах екстремальних температур, навантажень та агресивних середовищ, а також створен- ня новітніх матеріалів для 3D-друку за технологіями робокастингу та FDM. Представлено новітні розробки в галузі переробної промисловості, які передбачають впровадження екологічно чистих та енергоощадних технологій обробки руди, що має особливе значення для підвищення конку- рентоспроможності експортно орієнтованих галузей економіки України у післявоєнний час. The report presents the most important results of fundamental and applied research conducted at the Frantsevich Institute for Problems of Materials Science, National Academy of Sciences of Ukraine, on the development of modern technologies for the synthesis and consolidation of composite materials based on high-melting-point compounds for the manufacture of products that are operated in conditions of extreme temperatures, loads and aggressive environments, as well as the latest materials for 3D printing using Robocasting and FDM technologies. Novel developments in the processing industry are presented, which involve the introduction of environmentally friendly and energy-efficient ore processing technologies, which is of particular importance for the development of the competitiveness of export-oriented sectors of the Ukrainian economy in the post-war period.Документ THE ROLE OF HAFNIUM IN MODERN THERMAL BARRIER COATINGS(Springer Science+Business Media, LLC, 2021) S.M. Lakiza; M.I. Hrechanyuk; V.P. Red’ko; O.K. Ruban; Ja.S. Tyshchenko; A.O. Makudera; O.V. DudnikThe world’s experience in using hafnium in two important parts of high-temperature thermal barrier coatings, such as the top thermal barrier layer and bond coat layer, was analyzed. In the top thermal barrier layer, hafnium is present as HfO2 completely or partially stabilized by yttria (or other rare- earth oxides). Another approach is to use hafnium dioxide as an addition to conventional coatings based on ZrO2 stabilized completely or partially. Electron-beam physical vapor deposition (EB- PVD) and air plasma spray process (APS) are most common techniques for applying thermal barrier coatings containing hafnium dioxide. Magnetron sputtering turned out to be successful as well. Compared to the 8YSZ coating, the 7.5YSH coating showed reduced Young’s modulus, 30% lower thermal conductivity (decreased to 0.5–1.1 W/(m · K)) at high temperatures for HfO2 stabilized with 27 wt.% Y2O3, and higher sintering resistance and heat resistance. Doping of ZrO2 and HfO2 by several stabilizers proved to be promising: specifically, doping by a mixture of one trivalent ion larger than Y3+ and another trivalent ion smaller than Y3+, preserving the metastable structure of the t phase. The importance of phase diagrams for a correct choice of the top coat composition and doping elements for the bond coat is shown. Doping the bond coat with a small amount (up to 1 wt.%) of hafnium improved its cyclic oxidation resistance and increased the adhesion of the thermally grown oxide layer to the bond coat and strength of the latter.Документ THERMAL BARRIER COATINGS BASED ON ZrO2 SOLID SOLUTIONS(Springer Science and Business Media LLC, 2020) E.V. Dudnik; S.N. Lakiza; I.N. Hrechanyuk; A.K. Ruban; V.P. Redko; I.O. Marek; V.B. Shmibelsky; A.A. Makudera; N.I. HrechanyukThe standard material of the ceramic layer in thermal barrier coatings (TBCs)—a solid solution of ZrO2 stabilized with (6–8 wt.%) Y2O3 (YSZ)—approaches the temperature limit of its application (<1200°C) because the ZrO2 t phase sinters and undergoes t-ZrO2 T-ZrO2 + F-ZrO2 phase transformations to form M-ZrO2 at elevated temperatures. Ceramic materials for a new generation of TBCs need to be developed to increase the operating temperature (up to 1600°C), efficiency, and productivity of gas-turbine engines. The overview paper analyzes research efforts focusing on the development of TBCs using solid solutions of ZrO2 with rare-earth metal and titanium oxides. When Y2O3 in YSZ is partially substituted by CeO2, TiO2, La2O3, Sc2O3, Gd2O3, Nd2O3, Yb2O3, Er2O3, and Ta2O5, ceramics with high phase stability (ZrO2 t phase being retained in the coating) up to 1500°C, lower thermal conductivity, and required fracture toughness and sintering resistance but shorter thermal fatigue life than that of standard YSZ are produced. The concepts of greater tetragonality of the ZrO2 t phase (ceramics in the ZrO2–CeO2–TiO2 system) and a 'multicomponent defective cluster' (ceramics in the ZrO2–Y2O3–Nd2O3 (Gd2O3, Sm2O3)–Yb2O3 (Sc2O3) system) explain how the operating temperature of the TBC ceramic layer increases to 1350oC and 1600oC, respectively. The thermal conductivity of TBC ceramics in the binary ZrO2–CeO2, ZrO2–Er2O3, ZrO2–Sm2O3, ZrO2–Nd2O3, ZrO2–Gd2O3, ZrO2–Dy2O3, and ZrO2–Yb2O3 systems is lower than that of YSZ. Ceramics with high phase stability and low thermal conductivity have been produced in the ternary ZrO2–Sc2O3–Gd2O3, ZrO2–CeO2–Gd2O3, ZrO2–YbO1.5–TaO2.5, and ZrO2–Yb2O3–TiO2 systems. An integrated approach is needed to choose the composition of the ceramic layer based on the ZrO2 solid solution, select the coating technique, and improve the coating architecture to design effective TBCs with balanced properties.Документ Structural and phase transformations in titanium alloys induced by ferrosilicon alloying(BOHR Publishers PVT LTD, 2024) Oksana Baranovska; Gennadii Bagliuk; Olena Olifan; Seghii Korichev; Yaroslav Sytnyk; Ahanov AndriiThe aim of this study was to investigate the structural and phase transformations in titanium alloys induced by ferrosilicon alloying and to enhance the physical and mechanical properties of titanium-based composite materials. These findings demonstrate that the use of FS65 ferroalloy as an alloying addition leads to active interaction with titanium hydride, resulting in the formation of a complex heterophase system. Using FS65 ferroalloy, boron carbide (B4C), and carbon (C) as alloying additions, the research identifies the optimal synthesis temperature and examines the resulting microstructures and phase formations. The optimal synthesis temperature was found to be 1250◦C. At this temperature, the phases TiC, TiSi, FeTi, and Ti3SiC2 were observed in the system 65 TiH2 – 30 FeSi – 5 C (wt.%), while TiC, Ti5Si4, Fe2Ti, and TiB2 were identified in the system 65 TiH2 – 30 FeSi – 5 B4C (wt.%). The addition of 5% B4C resulted in a finer microstructure with grain sizes ranging from 0.5 to 5 μm, compared to grain sizes of 5–10 μm with the addition of 5% C. The presence of B4C also promoted the formation of TiB2. The synthesized compacts, characterized by a fine-pored, spongy structure, are easily crushed, making them suitable for use as dispersed fillers in composite materials.Документ Study of aluminum content on the structure and phase composition of synthesized aluminum-matrix composites(Scientific Technical Union of Mechanical Engineering “Industry-4.0”, 2023) Yevheniia Kyryliuk; Genadii Bagliuk; Stepan Kyryliuk; Bykov Oleksandr; Yulia ShishkinaThe work shows that there is no significant change in the phase composition of composites with a change in the synthesis temperature, so we can use pre-synthesized heats at a temperature of 950 oC to obtain hot-stamped aluminum-based composites. The best characteristics of the synthesized titanium carbide were obtained for the composition 45Al-11C-44Ti (%, wt.). The lattice period of titanium carbide for this sample is 0.4324, and the particle size of titanium carbide formed after sintering is 0.8-1.5 μm. The influence of the component composition of the initial charge on the features of the structure and the phase composition of the thermally synthesized heat of the Al-C-Ti system was established.Документ Вплив технологічних параметрів внутрішньоформового модифікування порошковими брикетованими модифікаторами на структуру та властивості виливків з високоміцного чавуну(G. V. Kurdyumov Institute for Metal Physics, National Academy of Sciences of Ukraine, 2023) Г. А. Баглюк; † В. Я. Куровський; О. Й. Шинський; М. Я. Терещенко; А. П. Тіщенко; H. A. Bagliuk; V. Ya. Kurovs’kyy; O. Y. Shyns’kyy; M. Ya. Tereshchenko,; A. P. TishchenkoВ роботі наведено результати дослідження впливу компонентного складу, маси та конфіґурації порошкових брикетованих модифікаторів на струк- туру та властивості високоміцного чавуну, одержаного методою внутріш- ньоформового модифікування. Модифікування розтопу забезпечували за рахунок встановлених на ливниках модифікувальних вставок — цилінд- ричних втулок двох конфіґурацій: з осьовим циліндричним отвором та отвором у вигляді конусної поверхні (діяфрагма), спресованих із двох ва- ріянтів сумішей порошків маґнію, феросиліцію, заліза та плавикового шпату (CaF2). Маса модифікувальних вставок варіювалася від 25 до 100 г. Результати досліджень показали, що використання модифікувальної вставки у вигляді діяфрагми забезпечує підвищення середнього вмісту Маґнію у виливку та міцности одержаного чавуну у порівнянні із гладкою втулкою для всіх значень маси вставки, а також підвищення рівномірно- сти розподілу Маґнію по довжині виливка для варіянтів вставок підви- щеної маси (75 та 100 г). Збільшення маси модифікувальної втулки при- водить до підвищення рівня міцности стопу. The results of the study of the impact of the component composition, mass and configuration of powder-briquetted modifiers on the structure and prop- erties of high-strength cast iron obtained by the method of intraform modifi- cation are presented. Modification of the melt is provided at the expense of modifying inserts—cylindrical bushings of two configurations—with an axi- al cylindrical opening and a hole in the form of a conical surface (diaphragm) pressed from two variants of mixtures of magnesium, FeSi, Fe and CaF2. The mass of modifying inserts varies from 25 to 100 g. The results of the studies show that the use of a modifying insert in the form of a diaphragm provides an increase in the average content of magnesium in casting and strength of the resulting cast iron compared to the smooth sleeve for all values of mass inserts, besides increasing of uniform distribution of magnesium along the length of the casting for variants of high-mass inserts (75 and 100 g). In- creasing the weight of the modifying sleeve leads to an increase in the level of alloy strength.Документ ВЛАСТИВОСТІ ТА СТРУКТУРА ЧАВУНУ, МОДИФІКОВАНОГО ЛГМ-ТЕХНОЛОГІЄЮ(Фізико-технологічний інститут металів і сплавів НАН України, 2024) Г.А. Баглюк; А.І. Троцан; Н.О. Уськова; А.А.Мамонова; Г.М. МолчановськаВивчено вплив комплексних модифікаторів, що містять магній, РЗМ, TiN2−TiC, на структуру та якість чавунних виливків, які отримують методом лиття за моделями, що газифікуються (ЛГМ). Дослідженнями встановлено, що такий метод модифікування металу в ливарній формі є прогресивним і перспективним для розвитку технології виробництва якісних виливків із висо- коміцного чавуну з кулястим графітом, що практично унеможливлює окиснення модифікаторів киснем повітря. При цьому внутрішньоформеневе модифікування характеризується низкою технологічних переваг: значним підвищенням фізико-механічних властивостей і загалом якістю виливків, а також зниженням собівартості їх виробництва. Визначено співвідношення між використовуваними елементами, що забезпечують підвищений ресурс роботи литих ви- робів із модифікованого чавуну. Фазовий склад модифікованих чавунів трохи відрізняється від чавунів, отриманих без модифікування, і представлений головним чином основною фазою α-Fe, слабкими піками карбідних фаз — цементиту Fe3C, карбіду кремнію SiC, а також вільно- го вуглецю. Встановлено незначне збільшення параметра решітки модифікованих чавунів, зумовлене розчиненням елементів модифікаторів в α-Fe, що також сприяє зміцненню мета- левої основи — матриці. Вуглець на рентгенівських спектрах модифікованих чавунів фіксується дещо інакше, ніж на рентгенограмі вихідного зразка (не модифікованого), не у вигляді чіткого рефлексу, а серією слабких розмитих піків, характерних для дисперсних структур, що свідчить про кулясту форму вуглецю в модифікованих чавунах. The influence of complex modifiers containing magnesium, REM, TiN2--TiC on the structure and quality of cast iron castings produced by the method of casting on gasifiable models (LGM) has been studied. The research has established that this method of metal modification in the casting mold is progressive and promising in the direction of development of technology for production of quality castings from high-strength cast iron with spheroidal graphite, which practically excludes oxidation of modifiers by air oxygen. In this case, in-mold modification is characterized by a num- ber of technological advantages: a significant increase in physical and mechanical properties and overall quality of castings, as well as reducing the cost of their production. The ratio between the used elements providing increased service life of castings made of modified cast iron is determined. The phase composition of modified cast irons is slightly different from cast irons obtained without modification, and is mainly represented by the main α-Fe phase, weak peaks of carbide phases - cementite Fe3C, silicon carbide SiC, as well as free carbon. A slight increase in the lattice parameter of modified cast irons was established, due to the dissolution of modifier elements in α-Fe, which also contributes to the strengthening of the metal base - the matrix. Carbon in the X-ray spectra of modified cast irons is recorded somewhat differently than in the X-ray image of the original sample (unmodified), not in the form of a clear reflex, but as a series of weak blurred peaks characteristic of dispersed structures, which indicates the spherical shape of carbon in modified cast irons. від чавунів, отриманих без модифікування, і представлений головним чином основною фазою α-Fe, слабкими піками карбідних фаз — цементиту Fe3C, карбіду кремнію SiC, а також вільно- го вуглецю. Встановлено незначне збільшення параметра решітки модифікованих чавунів, зумовлене розчиненням елементів модифікаторів в α-Fe, що також сприяє зміцненню мета- левої основи — матриці. Вуглець на рентгенівських спектрах модифікованих чавунів фіксується дещо інакше, ніж на рентгенограмі вихідного зразка (не модифікованого), не у вигляді чіткого рефлексу, а серією слабких розмитих піків, характерних для дисперсних структур, що свідчить про кулясту форму вуглецю в модифікованих чавунах.
- «
- 1 (current)
- 2
- 3
- »