Закономерности формирования композитных наноструктурированных поверхностных слоев с использованием многокомпонентных материалов с ЭПФ на основе TiNi с оптимизацией химического и гранулометрического состава исходных компонентов, самоорганизации структурно-фазового состояния и архитектуры, необходимых для обеспечения с помощью аддитивных технологий требуемых эксплуатационных свойств изделий

Цель: разработка новых принципов формирования наноструктурной композиции основа - многофункциональный поверхностный слой из материалов с эффектом памяти формы (ЭПФ) и технологий их реализации в условиях комплексных высокоэнергетических воздействий; исследование функционально-механических свойств, механизмов деформировании и разрушения и разработка рекомендаций по оптимизации структуры, химического и фазового составов, архитектуры композиции для продления жизненного цикла изделий. Выполнены исследования поверхностных композиций из высокоэнтропийных сплавов, сформированных высокоскоростным газопламенным напылением (ВГН) в защитной среде, содержащих 5 - 6 компонентов - Ti, Ni, Zr, Hf, Co, Cu, исследованных в составе трехкомпонентных систем. Показано, что фазовый состав композиций содержит фазы В2, В19ٰ, размер зерна 100 - 400 нм. Расчет термодинамических параметров (энтропия, энтальпия, энергоемкость), выполненный на основе результатов рентгеноструктурного анализа, показал, что энергоемкость всех исследованных сплавов составляет 600 - 700 кДж/моль. Расчет контактных температур при ВГН обеспечил формирование структуры с низкой пористостью и повышенной адгезионной прочностью. На примере сложнолегированного материала cBN - Co - NiAl - Y показаны все этапы формирования поверхностной композиции от подготовки поверхности и механоактивации (МА) напыляемого материала, формирования композиции ВГН до ТМО, обеспечивающей функциональные свойства материала с ЭПФ. Выполнены исследования влияния ультразвуковой обработки (УЗО) на различных этапах технологического процесса формирования многофункциональной поверхностной композиции из материалов с ЭПФ. Описан механизм процесса диспергирования МА4, и показано, что при нанесении покрытий из МА-порошковых композиций формируется специфический микрорельеф, характеризующийся уменьшением шероховатости (с Rz = 36 мкм после ВГН до 28,73 мкм после ТО и 6,33 мкм после УЗО), повышением адгезионной прочности в 2 - 2,5 раза по сравнению с необработанным порошком, однородностью свойств по всем направлениям и возникновением остаточных напряжений сжатия. Разработана структурная схема технологического процесса формирования композиции сталь - поверхностный слой из материалов с ЭПФ, и составлен граф системы наследственных связей для построения математической модели и разработки рекомендаций по управлению технологическим процессом. С помощью количественной оценки структуры методом мультифрактальной параметризации структуры на примере сплава с ЭПФ Ti₅₀Ni₄₅Cu₅ показано, как совокупность исходных характеристик, а также набор технологических приемов и термосиловых воздействий приводят в действие механизм прямого наследования и позволяют формировать требуемый комплекс функциональных и механических свойств. Экспериментальная проверка подтвердила возможность и целесообразность использования структурно-чувствительного показателя эффективности (адаптивность) в качестве одного из оптимизационных критериев при формировании поверхностной композиции. Для повышения эксплуатационных свойств и расширения функциональных возможностей изделий в условиях многофакторных воздействий (силовых, коррозионных, температурных) разработаны принципы формирования функционально-ориентированных слоистых поверхностных композиций. Для формирования функциональных слоев использовали многокомпонентные материалы с ЭПФ (TiNi, NiNiCu, TiNiCo, TiNiHf, TiNiZr, TiNiMo, TiNiNb, TiNiHfCu), а для изделий с повышенными требованиями к износу для контактного слоя - сBN - Co, hBN - Co, WCCoMo, B₄C - Co. Показано, что целенаправленное изменение состава, структуры поверхностных слоев и архитектуры поверхностных композиций позволяет управлять механизмами деформирования и разрушения и обеспечить повышение эксплуатационных характеристик композиции - износо- и кавитационную стойкость, циклическую долговечность.