Разработка физико-технологических принципов формирования новых функционально-ориентированных поверхностных слоистых композиций с иерархической структурой для повышения функциональной надежности и увеличения жизненного цикла изделий машиностроения

Сущность проекта, заключается в разработке новых высокоэнтропийных и керамических материалов и исследовании структурно-фазового состояния и функционально-механических свойств, проект направлен на решение важной задачи повышения надежности и увеличения жизненного цикла материалов машиностроительного назначения при обеспечении ресурсосбережения. Привлекательность использования поверхностных высокоэнтропийных сплавов, заключается в свойствах, которые они демонстрируют в условиях экстремальных воздействий: при нормальных и высоких температурах: высокая прочность, термическая стабильность при высоких температурах, твердость, износо- и коррозионностойкость, жаростойкость, повышенная вязкость разрушения при низкой температуре и высоких скоростях нагружения, повышенные усталостные характеристики. Такой широкий спектр свойств и уникальное сочетание высокой прочности при повышенной пластичности, даже в условиях высоких и низких температур, позволяет считать высокоэнтропийные сплавы перспективными материалами для практического применения. Целью проекта является разработка на научной основе технологических принципов формирования многофункциональных поверхностных слоистых композиций и реализация комплексного подхода к композиционному конструированию поверхностных слоев, в основе которого лежит использование высокоэнтропийных функциональных и керамических материалов, способных адаптироваться к условиям эксплуатации для повышения надежности и долговечности изделий. Поверхностная композиция состоит из чередующихся слоев (высокоэнтропийный функциональный слой и керамический упрочняющий слой), каждый из которых имеет свое функциональное назначение: функциональный, адаптивный, защитный, износостойкий, жаропрочный, с повышенной демпфирующей способностью и др. Обеспечение необходимых свойств поверхностной слоистой многофункциональной композиции, осуществляется управлением структурно-фазовым состоянием, которое определяется химическим составом слоев и технологическими параметрами обработки. При формировании поверхностной композиции в процессе комплексной обработки в слоях протекают физико-химические процессы, основными из которых являются нагрев, охлаждение с высокой скоростью, диффузия компонентов и межфазные взаимодействия в системе подложка – поверхностная композиция - структура поверхностных слоев. Для создания реальных технологий будет детально исследована природа этих явлений и связанных с ними механизмов упрочнения. Новизна проекта заключается в использовании в составе поверхностной, слоистой многофункциональной композиции, высокоэнтропийных и керамических материалов AlCoCrCuFeNi, AlMoNbTaTiZr, NiCrCoWHfNbTiAlZrCB и создания на их поверхности слоев на основе нитридных, боридных, карбидных материалов, обеспечивающих функционально-механические свойства. Исследование закономерностей формирования композиции будет осуществляться с учетом пооперационного технологического наследования, что позволит проводить анализ разработанной технологии, корректировать и устранять причины нестабильности и повышать технико-экономическую эффективность технологического процесса. В ходе выполнения проекта будут исследованы особенности комплексной технологии формирования поверхностной слоистой композиции из сложнолегированных высокоэнтропийных и керамических материалов с использованием HVOF, APS, термомеханической и термической обработки на различных этапах обработки. Будут приведены результаты высокоэнергетической обработки высокоэнтропийных и керамических порошковых материалов на этапе подготовки порошковых материалов (высокоэнергетическая механообработка в среде аргона), с описанием методики исследования структурно-фазового состояния и процессов, протекающих в порошковых системах на микро-, мезо- и макроуровнях с учетом образования и разрушения конгломератов частиц в процессе дробления и межчастичного сваривания.