Разработка новых материалов для обеспечения целостности конструкций и функциональных свойств технических изделий при работе в Северо-Арктической зоне на основе изучения закономерностей, характеризующих физико-химические и механические взаимосвязи между составом, структурой и свойствами при модифицировании, технологических воздействиях и переходе в предельные состояния при эксплуатации

Объекты исследования: газотермические покрытия, алмазометаллические композиты, конструкционные полимерные композиты, эксплуатационные разрушения. Цель работы: развитие системно-структурного материаловедения и разработка технологий создания износостойких покрытий, высокоэффективных алмазометаллических композитов и базальтопластиков на основе выявления механизмов модифицирующего влияния ультра-, нанодисперсных добавок различной природы, получения многоуровневых высокоструктурированных морфологических элементов и при учете особенностей развития деструктивных процессов при воздействии эксплуатационных нагрузок. Методология исследований основана на использовании развивающегося в современном материаловедении пятизвенного подхода, согласно которому разработки ведутся по схеме «состав – структура – свойства – технология – условия эксплуатации», то есть материал рассматривается как интегральное понятие, объединяющее в себе вещество и технологию его изготовления с учетом условий, в которых будет работать этот материал. Основные результаты. 1. Для изучения проблем трибологии в условиях естественного холода разработан и изготовлен низкотемпературный стенд. Исследованы особенности процесса изнашивания, триботехнические и теплофизические характеристики трибосопряжений «модифицированное порошковое покрытие – стальное контртело» при комнатной температуре и при -43ºС и -45ºС. 2. Предложен и экспериментально подтвержден новый подход к получению высокоэффективных алмазосодержащих матриц с использованием явления контактного эвтектического плавления в межфазной зоне железо-углерод, что позволяет заменить в технологиях твердофазного спекания с пропиткой легкоплавкие металлы типа меди на более твердые железоуглеродистые сплавы. 3. Для создания качественных конструкционных композитов разработаны схемы укладки, отработаны режимы и методом вакуумной инфузии изготовлены образцы многослойных гибридных пластиков, армированных базальтотканью и углетканью. Проведены исследования физико-механических и теплофизических показателей образцов, взаимосвязи открытой пористости и шероховатости. Разработана и реализована автоматическая температурная станция и начаты климатические испытания опытных гибридных образцов. 4. Для изучения механизмов деградации и разрушения материалов с учетом условий эксплуатации проведена фрактодиагностика аварийных экранных и конвективных труб котельных установок, работающих в зоне Севера и Арктики. Выявлены развитые высокотемпературные повреждения металла труб. Обоснована ведущая роль тепловой нагрузки как стимулятора коррозионных повреждений металла труб поверхностей нагрева котельных агрегатов по сравнению с фактором воздействия активной коррозионной среды. Таким образом, задачи этапа 2021 г. проекта решены в полном объеме. Научная новизна. Получены новые результаты в области изучения фундаментальных проблем взаимосвязи структурно-фазового состояния и свойств материалов различной природы с учетом процессов деградации при работе в природно-климатических условиях криолитозоны; получены имеющие мировой приоритет результаты в разработке новых подходов к синтезу высокоэффективных алмазных композитов. Степень реализации и основные технико-эксплуатационные показатели. Изготовлены опытные образцы алмазных композитов с высокой твердостью, втрое превышающей аналогичный показатель, получаемый при использовании штатной технологии. Области применения: упрочнение контактных поверхностей; создание алмазного инструмента повышенной стойкости; получение базальтопластиков нового поколения; обеспечение целостности технических объектов. Прогнозные предположения о развитии объектов исследования: трибоповерхности для работы изделий при повышенных контактных нагрузках; высокостойкие алмазные композиты для обработки камня, металлов, горных пород; базальтосодержащие материалы нового поколения; совершенствование материалов и технологий изготовления.