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

Отчет 103 с., 1 кн., 61 рис., 13 табл., 115 источн., 1 прил. ГАЗОТЕРМИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ, АЛМАЗНЫЕ ПОРОШКИ, ГИБРИДНЫЕ ПОЛИ-МЕРНЫЕ КОМПОЗИТЫ, НАНОМОДИФИЦИРОВАНИЕ, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ РАЗРУШЕНИЯ, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА Объекты исследования: газотермические покрытия, наноалмаз, гибридные композиты, эксплуатационные разрушения. Цель работы: развитие принципов управления структурообразованием и разработка технологий синтеза высокоэффективных для работы в условиях Северо-Арктической зоны износостойких покрытий, алмазных инструментов, армированных пластиковых композитов на основе изучения качества физико-химических и механических связей между матрицей и наполнителем при варьировании составов, модифицировании, регулировании макроструктуры и учете воздействия окружающей среды; получение высококачественных ультрадисперсных порошков природного алмаза; анализ влияния технологических и эксплуатационных факторов на прочность и разрушение металлических изделий и конструкций, работающих в криолитозоне. Методология исследований основана на использовании 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 изготовления с учетом условий, в которых будет работать этот материал. Основные результаты. 1. Показана двухстадийность нагрева узлов трения «порошковое покрытие – стальное контртело» в процессе изнашивания при комнатной температуре и на холоде: стадия резкого роста температуры и стадия ее стабилизации. Выявлены различия в массовом износе и микрогеометрии поверхностей трения, определяющиеся начальной стадией. 2. Разработана технология нанодиспергирования природного алмаза, проведена характеризация первичных частиц и показано, что природный наноалмаз по характеристикам в целом не уступает наноалмазу детонационного синтеза. 3. Разработаны и изготовлены армированные базальтотканью и углетканью, пропитанные наномодифицированным связующим гибридные пластики. Установлено, что межслойная гибридизация базальтопластиков углеволокном и наномодифицирование повышают упруго-прочностные свойства материала. 4. Выявлены механизмы высокотемпературной деградации и разрушения (ползучесть, термоусталость) металла термонагруженных элементов газотурбинных установок, работающих в Северо-Арктической зоне. Таким образом, задачи этапа 2022 г. проекта решены в полном объеме. Научная новизна. Полученные данные в области трибологии материалов в условиях естественного холода, изучения атомной структуры наноалмаза, синтеза гибридных пластиков, эксплуатационной деградации высоколегированных никелевых сплавов обладают научно-прикладной новизной и соответствуют мировому уровню. Степень реализации и основные технико-эксплуатационные показатели. Модуль упругости опытных композитных пластиков повысился в 2-3 раза по сравнению с контрольными, предел прочности увеличился на 30%. Средний размер частиц полученного нанодисперсного порошка природного алмаза составляет ~24 нм. Области применения: упрочнение контактных поверхностей в трибосопряжениях; синтез порошков наноалмаза; повышение свойств композитных пластиков; обеспечение целостности технических объектов. Прогнозные предположения о развитии объектов исследования: трибоповерхности для работы изделий при повышенных контактных нагрузках; получение наночастиц алмаза с контролируемыми характеристиками; композитные материалы нового поколения; совершенствование материалов и технологий изготовления.