Разработка и исследование комплексных функционально-ориентированных технологий и процессов формирования многослойных поверхностно-модифицирующих композиций с использованием материалов с эффектом памяти формы для повышения надежности и расширения функциональных возможностей изделий машиностроения

На основе анализа отечественных и зарубежных источников формации показаны широкие возможности многокомпонентных материалов с ЭПФ в обеспечении многофункциональности изделий, в экстремальных условиях эксплуатации. Исходя из экономических соображений, рекомендована разработка новых принципов формирования поверхностных композиций «основа - многофункциональный высокоэнергоемкий поверхностный слой из материалов с ЭПФ» и технологий их реализации для продления жизненного цикла изделий. Обоснована перспективность использования комплексных высокоэнергетических методов инженерии поверхности, включающих механоактивацию, высокоскоростное газопламенное напыление в защитной среде, термическую и термомеханическую обработку, для формирования поверхностно-модифицированных слоев из многокомпонентных материалов с ЭПФ. Предложена экспериментально-теоретическая модель высокоскоростного газопламенного напыления многокомпонентных материалов с ЭПФ. Обоснован выбор многокомпонентных материалов с ЭПФ на основе TiNi для поверхностного модифицирования по величине энергоемкости, определяющей прочностные свойств, рассчитываемой на основе термодинамического подхода и диаграммы состояния систем и по интервалу фазовых превращений материалов с ЭПФ, обеспечивающему функциональные свойства памяти формы и псевдоупругости. Разработаны технологии формирования многофункциональных поверхностных композиций с использованием трех- и четырехкомпонентных материалов с ЭПФ (TiNiCu, TiNiCo, TiNiTa, TiNiHf, TiNiZr TiNiMo, TiNiNb, TiNiHfCu) в условиях комплексных высокоэнергетических воздействий. Экспериментально установлено, что полный цикла обработки позволяет управлять функциональными свойствами и повысить эксплуатационные свойства: предел выносливости при изгибе с вращением износостойкость. Показана перспективность и актуальность учета технологического наследования при поверхностном модифицировании с использованием комплексных высокоэнергетических методов инженерии поверхности. Разработана структурная модель технологического процесса поверхностного модифицирования материалом с ЭПФ и установлены закономерности эволюции структурных параметров, мультифрактальных характеристик и технологического наследования на различных этапах поверхностного модифицирования. Разработан энергетический критерий оценки долговечности и повреждаемости материалов, поверхностно-модифицированных сплавами с ЭПФ, учитывающий: энергию, затраченную на образование микроповерхности разрушения с учетом фазового состава и структурный фактор сплава, определяемый на основе фрактально-синергетического подхода по результатам мультифрактальной параметризации структуры. Для гребного винта судна, работающего в условиях циклического нагружения и воздействия активных сред, предложена модель структуры и архитектуры многослойно-композиционного поверхностного слоя «сталь-Ni-TiNiZr-TiNiCo», состоящая из соединительного слоя и двух слоев из материалов с ЭПФ с отличающимися температурами фазовых превращений и характеристиками прочности и пластичности. На основе анализа НДС гребного винта с композитным поверхностным слоем показана целесообразность формирования композиционных поверхностных слоев из материалов с ЭПФ и повышение функциональной надежности изделия за счет снижения максимальных напряжений в наиболее опасной зоне.