Разработка физико-технологических принципов формирования новых функционально-ориентированных поверхностных композиций с иерархической структурой из высокоэнтропийных материалов с термоупругими фазовыми превращениями для повышения функциональной надежности и увеличения жизненного цикла изделий машиностроения

Объект разработки: композиционные поверхностные слои из высокоэнтропийных материалов с термоупругими фазовыми превращениями;Цель работы: Разработка физико-технологических принципов формирования новых функционально-ориентированных поверхностных композиций с иерархической структурой из высокоэнтропийных материалов с термоупругими фазовыми превращениями и технологий их реализации в условиях комплексных высокоэнергетических воздействий; исследование функционально-механических свойств, механизмов деформировании и разрушения и выработка рекомендаций по оптимизации структуры, химического и фазового состава, архитектуры композиции для повышения функциональной надежности и увеличения жизненного цикла изделий машиностроения. Методология проекта: междисциплинарный подход к проведению исследований. Методы исследования: экспериментально-теоретическое моделирование, электронно-микроскопический, рентгеноструктурный анализ, тепловая калориметрия, механические испытания и др.Результаты работы: на основе анализа современных подходов к исследованию и практическому использованию высокоэнтропийных материалов, выполненных по данным источников информации за последние 15 лет, установлено, что одним из перспективных направлений исследований является формирование многофункциональных поверхностных композиций с использование высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) с термоупругими фазовыми превращениями (ТУФП), в том числе с эффектом памяти формы (ЭПФ), особенность которых заключается в способности проявлять структурно-адаптивные свойства в процессе эксплуатации и их многофункциональных возможностях. Для повышения долговечности и живучести изделий предложено формирование многоэлементных композиций с включением слоев, повышающих прочность и вязкость, что при оптимальной архитектуре повысит долговечность и живучесть изделий;- выполненный анализ, систематизация и обобщение потребностей рынка в функционализации изделий машиностроения композиционным конструированием поверхностных слоев с использованием материалов с ТУФП показал, что сплавы с ЭПФ наиболее часто используются в инженерных приложениях в нефтегазовой, авиационно-космической отраслях; увеличение числа исследований в этих отраслях указывает на растущий интерес к внедрению изделий с ТУФП в практических приложениях;- запатентовано 7 научно-технических и технологических решений на особенности формирования многослойных поверхностных композиций из ВЭС-ов; патент № 2667571 «Способ повышения износостойкости центробежного насоса», подготовленный по проекту РНФ, отмечен Золотой медалью на конкурсе интеллектуальной собственности «INVENTICA- 2019» Iasi, Romania, 26-28 June 2019; подана 1 заявка на способ реализации технологии формирования поверхностных композиций из ВЭС-ов с ЭПФ в едином технологическом цикле; разработан и введен в эксплуатацию новый технологический комплекс для исследования деформационного поведения поверхностных композиций при температурно-силовых воздействиях;- разработан технологический процесс формирования покрытий их материалов с ТУФП, включающий: подготовку поверхности, диспергирование и механоактивацию (МА) многокомпонентного материала с ТУФП, высокоскоростного газопламенного напыления (ВГН) адгезионного, функциональных, упрочняющих и защитных слоев в определенной последовательности в едином или раздельном технологическом цикле и ТМО, реализуемый на запатентованном оборудовании, обеспечивающем формирование наноразмерной структуры; приведены рекомендации по выбору химического состава композиции из материалов с ТУФП с функциональными характеристиками и их совокупностью (интервалом фазовых превращений, твердость трещиностойкость, коррозионная стойкость и др.), обеспечивающими эффективную работу в экстремальных условиях эксплуатации; в качестве материалов с высокотемпературным ЭПФ выбраны 5 и 6 компонентные эквиатомные порошковые композиции на основе Ni, Co, Тi, Zr, Hf, Cu; для формирования поверхностных слоев и композиций из ВЭС-ов с низкотемпературным интервалом фазовых превращений для работы в условиях низких и арктических температур выбраны материалы на основе FeNiCoAl с пятым элементом Nb, Ti, Ta и два шестикомпонентных состава, микролегированных бором; разработана стратегия выбора химического и фазового составов функционально-ориентированных слоев, составляющих многофункциональное композиционное покрытие, обосновано их иерархическое структурирование с учетом химической совместимости, прочностной надежности и функциональных возможностей;- рекомендованы оптимальные комбинированные способы подготовки поверхности изделий; для формирования наносостояния ВЭС-покрытий широко используются МА технологии, представляющие собой комплексный высокоэнергетический процесс, совмещающий диспергирование и МА; учитывая, что эффект МА определяется значительным количеством факторов, предложено выбрать в качестве критерия энергетического состояния активированного ВЭС –материала с ТУФП и его реакционной способности величину энергоемкости, оцениваемую по результатам рентгенострук