Создание научных принципов конструирования новых наноструктурированных металломатричных композиционных материалов на основе алюминия, с высокой долей алюминидов Al(Ti, Ca, Ni, Ce(La), Zr)

Является актуальной задача по изучению особенностей формирования фазового состава, ноно- и субмикрокристаллической структуры и физико-механических свойств новых алюмоматричных композиционных сплавов с большей объемной долей равномерно распределенных в них дисперсных алюминидов, образованных соединениями Al(Ti, Ca, Ni, Ce(La), Zr). При этом производство данных КМ должно быть, в том числе, возможно с использованием стандартных металлургических технологий – плавка, литье, обработка делением. С использованием термодинамических расчетов, выполненных в программе Thermo-Calc software, должны быть построены политермические и изотермические разрезы, проекции поверхности ликвидус для системы Al-X1-…-Xn (где Xn – Cu, Mn, Ti, Ca, Ni, Ce, La, Zr, n>3). По результатам такого анализа должны быть выбраны соответствующие составы сплавов, для которых по расчету, после кристаллизации, в равновесии с алюминиевым твердым раствором (Al) присутствуют кристаллы интерметаллидных фаз, образованных по соответствующим эвтектическим или перитектическим реакциям. Далее, композиции выбранных составов должны быть синтезированы и подвергнуты структурно-фазовому анализу. Экспериментальные КМ должны быть исследованы как в литом состоянии, так и после различных режимов термообработки. Эти исследования позволят вывить перспективные составы сплавов, которые либо сразу в литом состоянии, либо после термической обработки имеют дисперсную структуру, с компактными включениями вторых фаз. Должны быть проведены экспериментальные исследования с использованием методов световой и электронной сканирующей микроскопии (СМ, СЭМ), а также микрорентгеноспектрального и дифференциального термического анализов (МРСА и ДТА). Для идентификации состава фаз также планируется использование рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). После установления соответствия полученных вторых фаз тем или иным интерметаллидам (алюминидом), должны быть проведены экспериментальные исследования физико-механических свойств. В частности, измерение удельного веса, коэффициента термического расширения (сжатия) в интервале температур, измерение твердости, микротвердости (нанотвердости) для отдельных структурных составляющих. Должны быть проведены предварительные исследования сопротивления деформации изучаемых КМ, с различным сочетанием алюминидов, в широком диапазоне изменения деформационных, температурных и скоростных параметров. На основе физического моделирования процессов обработки металлов давлением в условиях экспериментальной лаборатории предполагается определить основные параметры, влияющие на формирование структуры и механических свойств сплавов, для получения оптимальных результатов исследования с применением в последующем опытно-промышленного оборудования. В результате выполнения проекта будут получены новые фундаментальные знания о фазовых и структурных превращениях в алюминиевых КМ при различных комбинированных внешних воздействиях, характеризующихся высокими температурами, давлением, скоростью и величиной деформации. Полученные результаты позволят внести вклад в изучение закономерностей формирования субмикрокристаллической и нанокристаллической структуры алюминиевых КМ при интенсивной пластической деформации, а также расширят научные знания о физических основах прочности и механизмах разрушения металлических материалов. На основании экспериментальный данных будет сделан вывод о возможности использования КМ с субмикрокристаллической структурой в конструкциях ответственного назначения, которые могут подвергаться экстремальным воздействиям. Будут сформулированы основные научные принципы создания новых алюминиевых КМ повышенной прочности как альтернативного материала традиционным высокопрочным легированным алюминиевым сплавам