Разработка основополагающих технологических принципов применения концентрированных потоков энергии для получения новых импортозамещающих композиционных материалов специального назначения на основе систем несмешивающихся компонентов

Развитие промышленности и усложнение объектов техники предъявляют все большие требования к функциональным материалам, в частности к композиционным материалам на металлической основе. Развитие техники постоянно требует создания новых материалов. Это невозможно без привлечения новых систем компонентов и разработки методов производства сплавов на их основе. Последнее особенно важно, когда имеется в виду создание новых материалов специального назначения, таких как антифрикционные, износостойкие, высокодемпфирующие и радиационно-стойкие материалы. Композиционные материалы на основе систем несмешивающихся компонентов во многом отвечают таким требованиям. В то же время совершенствование композиционных материалов на основе несмешивающихся компонентов невозможно без разработки новых систем легирования, включающих в составе сплава три и более компонентов. Это требует исследование влияния дополнительного легирующего компонента на структурные и кинетические закономерности твердо-жидкофазного взаимодействия. Одним из перспективных методов улучшения физико-механических характеристик композиционных материалов на основе несмешивающихся компонентов обработка поверхности концентрированными потоками энергии, в частности, плазменная обработка, лазерная обработка и ионная имплантация. Улучшение физико-механических свойств ионно-легированных материалов связано с формированием в поверхностных слоях интерметаллидных соединений, наноразмерных фаз внедрения и т.п. Применительно к композиционным материалам на основе несмешивающихся компонентов применение, например, ионной имплантации открывает широкие возможности регулирования химического состава поверхностного слоя за счет варьирования сорта внедряемых ионов. Предполагается вероятное возникновение конгломератов вводимых компонентов в пределах ионно-легированного слоя матрицы композиционного материала. Важной научной задачей, решаемой в рамках проекта, будет исследование фазовых и структурных превращений в композиционных материалах на основе систем несмешивающихся компонентов под воздействием электрических, магнитных, тепловых полей, а также концентрированных потоков энергии. Важной фундаментальной задачей является изучение механических, антифрикционных и коррозионных свойств композиционных материалов на основе несмешивающихся компонентов, содержащих три и более компонентов, построение моделей процессов переноса в них, формирования напряженно-деформированного состояния на границах раздела фаз и механизмов релаксации внутренних напряжений при внешних воздействиях. Особое значение для создания конструкций из композиционных материалов на основе несмешивающихся компонентов имеет сварка. В проекте предполагается для получения соединений из композиционных материалов на основе несмешивающихся компонентов отработать технологию сварки плавлением концентрированными источниками, такими как плазменная, лазерная и электронно-лучевая сварка. Помимо сварки плавлением, для получения соединений из композиционных материалов на основе несмешивающихся компонентов весьма перспективным представляется применение сварки с формированием соединения в твердой фазе, как например, при сварке трением с перемешиванием. При данном способе получения неразъемных соединений исходных материал не расплавляется, а в зоне шва отмечается формирование мелкодисперсной анизотропной структуры с размером зерна на уровне 2–6 мкм. В проекте предполагается детальное изучение формирования сварного соединения, микромеханизмов дефектообразование как в самом шве-концентраторе напряжений, так и в его окрестности. У коллектива имеются предварительные результаты экспериментов, которые позволяют на основе процесса сварки трением с перемешиванием создать способ получения антифрикционных композиционных материалов на основе систем Al–Cu–Pb, Al–Bi–Pb, Al–Cu–Sn и других, миную стадию расплавления основного компонента. Разработка технологии получения неразъемных соединений из композиционных материалов на основе несмешивающихся компонентов с высокой поглощательной способностью по отношению к радиоактивным излучениям может служить основой для создания нового поколения герметичных контейнеров для захоронения радиоактивных отходов. Завершающим этапом исследований станет разработка блока технологических процессов обработки поверхности, ориентированного на достижение максимального эффекта в относительно повышения износостойкости, жаростойкости, коррозионной стойкости и комплекса механических свойств композиционных материалов на основе систем несмешивающихся компонентов, а также их сварных соединений.