НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ОТЧЕТ "Исследования в области синтеза конструкционных и функциональных материалов на основе алюминия и железа, функционально-градиентных покрытий нового поколения и создание новых подходов их диагностики" За 2019 год

Цель работы – Разработка принципов создания новых конструкционных и функциональных материалов на основе алюминия и железа, процессов их плавки, литья и деформационно-термической обработки, нового поколения гибридных жаростойких функционально-градиентных покрытий с применением гибридной вакуумной технологии ионно-плазменного напыления и электроискрового легирования и новых подходов к аналитическому контролю материалов.Работа направлена на проведение исследований в области синтеза конструкционных и функциональных материалов на основе алюминия и железа, функционально-градиентных покрытий нового поколения и создание новых подходов их диагностики. В 2019 году в рамках проекта выполнены работы и получены следующие результаты:Предложен комбинированный метод нанесения защитных покрытий на жаропрочном никелевом сплаве ЭП-718ИД. На первом этапе непосредственно на никелевом сплаве формируют электроискровое покрытие, а на втором этапе на электроискровое покрытие наносят магнетронное покрытие.Показано, что в результате длительного высокотемпературного воздействия наблюдается диффузия элементов материала подложки (Ni, Fe) в поверхностный слой (магнетронное покрытие), при этом хром диффундирует в глубину образца (ЭИЛ-покрытие), что способствует снижению жаростойкости. Установлено, что толщина окисленного слоя у покрытия ZrSiB (ЭИЛ) - MoSiB (магнетрон) составляет 0,4 мкм, а у ZrSiB (ЭИЛ) - CrAlSiB (магнетрон)- 0,12 мкм. Применение комбинированных покрытий ZrSiB (ЭИЛ) - MoSiB (магнетрон) и ZrSiB (ЭИЛ) - CrAlSiB (магнетрон) повышают жаростойкость никелевого сплава, соответственно в 12 и в 40 раз.Комбинированные покрытия ZrSiB (ЭИЛ) - MoSiB (магнетрон) и ZrSiB (ЭИЛ) - CrAlSiB (магнетрон) могут быть рекомендованы для обработки деталей авиационных двигателей из никелевого сплава ЭП-718 ИД. Исследуемые материалы были получены твердофазным и жидкофазными методами: механическое легирование, горячее прессование, индукционная, дуговая и лазерная плавки. В работе с помощью сканирующей электронной микроскопии с использованием EBSD анализа, вибрационной магнитометрии были изучены фазовые переходы и структура литых сплавов Fe-(27-28) ат. % Ga с и без дополнительного легирования РЗМ (до 0,5 ат. %). Установлены пределы легирования тербием для повышения уровня магнитострикции. Установлен механизм влияния редкоземельных элементов на примере Tb и Er в Fe-Ga сплавах на стабилизацию метастабильной D03 фазы за счет легирования тербием (0,15-0,50 ат. %) и эрбием (0,24-0,60 ат. %). Показано, что КМ Al-Zr после механического легирования и последующего горячего прессования характеризуются ультрадисперсной структурой и наличием наночастиц Al3Zr кубической модификации. Компактные образцы демонстрируют высокую прочность как при комнатной, так и при температуре 300 °С, которая тем выше, чем больше содержание циркония. Перспективным методом получения компактных образцов КМ системы Al-Ti-O является метод лазерного плавления, что делает возможным использования этих материалов в аддитивном производстве. При этом, использование добавки меди приводит к формированию после лазерного плавления более дисперсной и однородной структуры, по сравнению с материалом с добавкой ПАВ, что положительно сказывается на микротвердости. Результаты работы предназначены для создания новых функциональных и конструкционных материалов.Показано, что создание нового алюмоматричного КМ с повышенной прочностью в широком температурном интервале возможно путем формирования в алюминиевой матрице, методом механического легирования, нанокристаллической структуры и образования в ней стабилизирующих ультрадисперсных частиц алюминидов с высокой объемной долей (вплоть до 25 %) в результате распада пересыщенного твердого раствора в процессе термообработки и/или твердофазных методов компактирования, в том числе горячего прессования.Исследован процесс получения катанки (применительно к процессу Properzzi Continous) и проволоки из сплава системы Al-Cu-Mn-Zr-Fe-Si оптимального состава. Изучено влияние режимов плавки и литья, деформационно-термической обработки сплавов системы Al-Cu-Mn-Fe-Si-Zr в условиях моделирования промышленной технологии получения проволоки на установках непрерывного литья и прокатки применительно к процессу Properzzi Continous. Установлен оптимальный химический состав сплава на базе системы Al-Cu-Mn-Fe-Si-Zr, который обоснован в ходе проведения оптимизации – Al – 1,5 % Cu – 1,5 % Mn – 0,4 % Zr – 0,4 % Fe – 0,2 % Si. Показано, что выбранная химическая композиция позволяет получить временное сопротивление разрыву на проволоке свыше 400 МПа, при этом величина электропроводности составляет 44 % IACS.Выполнены работы по развитию специальных приемов и диагностических подходов для аддитивных технологий. Проведены работы по внедрению методов лазерной спектроскопии для диагностики различных классов объектов, таких как минеральное сырье и композитные материалы. Методы рентгеновского анализа, спектрометрии лазерно-индуцированной плазмы и спектрометрии комбинационного рассеяния