Механосинтез порошковых наноструктурированных композитов для создания материалов с улучшенными функциональными свойствами

Цели работы: 1. Изучение закономерностей формирования и стабильности наноструктур в комплексно легированных сплавах на основе Fe- 1 мас. % C.; 2. Изучение взаимосвязи структурного состояния и функциональных свойств механосинтезированных композитов на основе Fe-Si-Al с модифицированной поверхностью; 3. Исследование механизмов фазообразования при механосинтезе и последующем компактировании в системах Ti(Nb)-Si-C-Al(Cu) при использовании твердого (графит, сажа) и/или жидкого (углеводороды) источников углерода; 4. Исследование применимости обобщенного регуляризованного алгоритма решения обратной задачи мессбауэровской спектроскопии, как для одномерной функции распределения искомого параметра, так и для решения задачи восстановления двумерной (двухпараметрической) функции распределения параметров свехтонкого взаимодействия.Для успешного выполнения проекта необходимо решение следующих задач: 1 - получение наноструктурированных материалов; 2 - обеспечение стабильности их структуры. Предполагается легирование сплавов на основе Fe- 1 мас. % C как металлическими Cr, Mn, Ni, так и неметаллическим Si элементами в количестве от 1 до 3 ат. %, причем легирование будет производиться различными комбинациями атомов двух легирующих элементов. Будет приготовлено три системы сплавов - Fe95.5-x-yCrxSiyC4.5, Fe95.5-x-yCrxNiyC4.5, Fe95.5-x-y MnxSiyC4.5, где х = 1, 3, и у = 3, 1, соответственно. С использованием методов рентгеновской дифракции, мессбауэровской спектроскопии, термомагнитного анализа будут определены размеры зерен, концентрации углерода в зернах феррита и межзеренных сегрегациях плотность, дислокаций в механосинтезированных сплавах в зависимости от легирующих элементов. Будет проведен анализ эволюции зеренной структуры сплавов при отжигах, установлены области стабилизации размеров зерен. Будут сделаны выводы о механизмах стабилизации зеренной структуры сплавов.В рамках проекта предполагается получить магнитомягкие сплавы на основе Fe-Si-Al методом МС смеси элементных порошков в шаровой планетарной мельнице в защитной атмосфере аргона. Состав сплавов планируется варьировать от Fe75Si25-xAlx до традиционного сендаста Fe85Si10Al5.Дальнейшая обработка будет направлена на модификацию поверхности частиц наполнителя путем его механического размола в различных средах с добавками ПАВ, некоторые из которых (додецилсульфат натрия, фенилантраниловая кислота) являются также эффективными ингибиторами коррозии. Ожидается, что благодаря образованию тонких органических защитных слоев на поверхности частиц наполнителя материал будет демонстрировать высокую коррозионную стойкость. Будут проведены коррозионные испытания полученных наполнителей в модельных средах: 3 % раствор NaCl и 0.1 М раствор HCl в дистиллированной воде.Будет проведен размол наполнителя с добавлением 20 об. % матричного материала (кремнийорганический каучук Лестосил СМ-НТ) и ПАВ, которые влияют на процессы структурообразования композиций. Таким образом, будут получены результаты, имеющие как фундаментальное, так и прикладное значение: ожидается, что образование полимерных оболочек на поверхности частиц наполнителя защитит частицы от окисления и улучшит процесс смешения наполнителя с основной массой полимерной матрицы и, благодаря этому, композиционный материал будет обладать повышенными физико-механическими характеристиками.Методами электронной микроскопии, рентгеновского дифракционного анализа, мессбауэровской, оже-, ИК- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии будут исследованы морфология, особенности структурно-фазового состояния и строение поверхности частиц полученных сплавов. В сотрудничестве с коллективом ИТПЭ РАН будут проведены исследования магнитостатических и СВЧ-свойств полученных образцов.Предполагается применить разрабатываемые технологические подходы: механосинтез в инертной среде и в жидких углеводородах, а также и магнитно-импульсное прессование порошков для получения композитов на основе карбосилицидов титана и ниобия в Al- и Cu- связках. Будет продолжено сотрудничество с коллективами ИЭФ УрО РАН и ИМ УрО РАН. В ИЭФ УрО РАН планируется проводить магнитно-импульсное прессование порошков, в ИМ УрО РАН – определение содержания водорода в порошках и испытания на износостойкость компактированных образцов. Предполагается, что предложенный метод формирования структуры и морфологии композитов позволит получить повышенные функциональные свойства. Ожидается, что результаты исследований применимости обобщенного регуляризованного алгоритма решения обратной задачи позволят, при обоснованных физических модельных ограничениях, получать на композиционных материалах достоверные результаты при обработке сложных мессбауэровских спектров, являющихся суперпозицией характеристик локального атомного окружения резонасных ядер в неоднородных и гетерогенных структурах.