Руководитель
Описание
Одним из основных аспектов технического прогресса является разработка принципиально новых материалов с необходимыми физико-химическими свойствами либо комплексом свойств. Фундаментальный подход к получению и изучению функциональных материалов является ключевым для последующего их внедрения в промышленность. Предлагаемые направления исследований соответствуют Стратегии НТР РФ, утвержденной Указом Президента РФ № 642 от 1 декабря 2016 г., в области перехода к новым материалам в химических источниках тока и конструкционных высокотемпературных керамических материалах.
В настоящее время в науке и промышленности наблюдается повышенный интерес к изучению, разработке и применению функциональных мультифазных сплавов и металлокерамических композитов с высокими эксплуатационными характеристиками, в том числе безоксидной металлокерамики.
Одним из наиболее перспективных и стремительно развивающихся направлений в современном материаловедении, в том числе в области функциональных мультифазных сплавов, являются высокоэнтропийные сплавы (ВЭС). Одним из наиболее интересных типов ВЭС являются системы с когерентными ОЦК и B2 фазами, микроструктура которых напоминает сплавы на основе Ni, но в отличие от никелевых сплавов неупорядоченная ОЦК фаза присутствует в виде кубических наноразмерных частиц. Подобная структура, обеспечивающая сочетание высокой прочности и пластичности при высоких температурах, характерна для Al-содержащих многокомпонентных систем. Помимо твердых растворов в тугоплавких ВЭС иногда наблюдаются оксиды и интерметаллидные соединения в виде фаз Лавеса, которые могут негативно сказываться на пластических свойствах материала.
Значительный интерес представляет возможность использования ВЭС в аддитивных технологиях (АТ). Распространенные в настоящее время методы получения порошков для аддитивных технологий не позволяют получать такие порошки. Одним из альтернативных путей получения таких порошков является механическое легирование с последующей плазменной сфероидизацией. В настоящее время в области получения ВЭС накоплен достаточный теоретический и практический материал, но мало внимания уделяется физико-химическим основам получения порошков ВЭС, их последующему применению в аддитивных технологиях, изучению взаимосвязи между структурой и физическими свойствами, влияния внешних воздействий и разработке рекомендаций по перспективам практического применения.
Высокоэнтропийные керамические материалы и металлокерамика на основе карбидов переходных металлов IV-VI групп считаются перспективными материалами благодаря высоким температурам плавления и твердости, износо- и коррозионной стойкости, жаропрочности, стойкости к окислению. Применение АТ для изготовления изделий из высокоэнтропийных керамических материалов и металлокерамики на данный момент является актуальным для решения технологических задач в таких отраслях, как авиация, космос, металлообрабатывающая, нефтегазовая и горнодобывающая промышленности за счет уникальных физико-химических и механических свойств.
В настоящий момент наибольшее распространение среди технологий аддитивного производства металлических изделий в России получили методы селективного лазерного плавления и прямого лазерного выращивания. При изготовлении металлокерамических или керамических изделий с помощью данных технологии возникают проблемы, приводящих к образованию трещин при достижении высокого уровня свойств. Проблемой является и сложность получения традиционными методами изделий с заданным градиентным переходом от чистого металла или сплава к металлокерамике с высоким содержанием карбидной фазы. Использование аддитивных технологий позволяет решать эти проблемы за счет применение подхода в виде послойного синтеза с переменным составом исходного материала.
Область применения
Разработанные в ходе выполнения подходы и технологические решения могут найти применение в авиации, космосе и нефтегазовой, горнодобывающей промышленностях.
Основные преимущества
Использование метода струйного нанесения связующего с последующей инфильтрацией позволит изготавливать карбидные металлокерамические композиты с высокой плотностью и механическими свойствами. При этом возможно применение различных сплавов в качестве связки для карбидной матрицы, что позволит варьировать характеристики материала в зависимости от требуемых свойств. Предлагается исследовать альтернативный метод аддитивного производства для изготовления металлокерамических композитов – селективное лазерное плавление с высокотемпературным подогревом подложки. Использование этой технологии позволит снизить количество дополнительных стадий обработки материала, а высокие скорости кристаллизации и управление параметрами лазерного сканирования потенциально позволят модифицировать структуру и улучшить свойства материала. Технология струйного нанесения связующего за счет отсутствия дорогих источников энергии (лазер, электронный луч) и высоких температур в процессе формирования геометрии изделий позволяет значительно снизить стоимость оборудования и увеличить скорость получения заготовки, обеспечивает легкое масштабирование технологии для изготовления крупных деталей, но в тоже время данный класс технологий требует обязательной постобработки (спекания или пропитки), в рамках которой формируются конечная геометрия и свойства материала и изделий. В качестве исходных материалов возможно использование как керамических порошковых материалов, так и смеси порошков металл-керамика.