Разработка научных основ получения покрытий из высокоэнтропийных материалов методами аддитивных технологий и изучение их структуры, а также эксплуатационных характеристик

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-19-00304

НазваниеРазработка научных основ получения покрытий из высокоэнтропийных материалов методами аддитивных технологий и изучение их структуры, а также эксплуатационных характеристик

Руководитель Самодурова Марина Николаевна, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" , Челябинская обл

Конкурс №45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий

Ключевые слова Высокоэнтропийные сплавы, композиционные материалы, покрытия, лазерная наплавка, детонационное напыление, холодное газодинамическое напыление, фазовый состав, механические характеристики

Код ГРНТИ55.22.19

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на разработку научных основ получения методами аддитивных технологий (лазерной наплавки, холодного газодинамического напыления и детонационного напыления) новых конструкционных покрытий на основе высокоэнтропийных сплавов, а также на разработку фундаментальных основ обработки и эксплуатации таких покрытий. Актуальность работы связана с тем, что она посвящена исследованиям в недавно появившейся, но потенциально очень перспективной области использования аддитивных технологий для работы с высокоэнтропийными сплавами. Рациональное развитие этой области знания нуждается не только в систематических прикладных исследованиях, но и в исследованиях фундаментальной составляющей процессов, протекающих при реализации такого рода технологий. Целью проекта станет теоретическое и экспериментальное изучение физических и химических процессов, протекающих в процессе формирования покрытий на основе высокоэнтропийных сплавов формируемых с использованием методов лазерной наплавки, холодного газодинамического напыления и детонационного напыления, а также исследование свойств образующихся покрытий и того как сказываются на этих свойствах параметры процессов образования покрытий. Задачами планирующихся исследований являются: 1. Теоретическое и экспериментальное изучение кинетики и термодинамики процессов образования высокоэнтропийных фаз в условиях реализации ряда аддитивных технологий. 2. Определение состава, формы и размера частиц порошков, обеспечивающих формирование высокоэнтропийных фаз в условиях реализации аддитивных технологий. 3. Определение технологических параметров, обеспечивающих формирование высокоэнтропийных фаз в условиях реализации аддитивных технологий, которые бы характеризовались высоким уровнем адгезии к металлу подложки. 4. Изучение структуры и свойств (прочности сцепления с подложкой, механических характеристик, стойкостью к коррозии в электролитах и газовой коррозии, жаропрочностью) покрытий на основе высокоэнтропийных фаз. Основными гипотезами, которые предполагается проверить в процессе исследования являются: 1. Предположение о том, что в условиях лазерной наплавки, холодного газодинамического напыления и детонационного напыления можно получить покрытия на основе высокоэнтропийных сплавов, характеризующиеся фазовой стабильностью и высокими эксплуатационными характеристиками. 2. Что такие покрытия могут быть получены в том числе из порошков чистых металлов или из порошков низкоэнтропийных сплавов минуя стадию получения порошков из высокоэнтропийных сплавов. 3. Что могут быть получены покрытия такого рода модифицированные тугоплавкими неметаллическими (оксидными, карбидными, сульфидными) частицами. Поставленные перед проектом задачи являются комплексными, поскольку предполагает необходимость соединения для их решения знаний специалистов в различных отраслях науки и инженерии. В пользу научной новизны предлагаемых нами исследований свидетельствует отсутствие в значимой научной литературе публикаций, посвящённых получению покрытий из высокоэнтропийных сплавов методами детонационного напыления или холодного газодинамического напыления. Та часть работ, которая посвящена использованию для получения покрытий на основе высокоэнтропийных сплавов лазерной наплавки, также будет сопровождаться получением результатов, обладающих мировым уровнем научной новизны. Несмотря на то, что работы в этом направлении ведутся и их количество быстро растёт, общее число таких исследований и время, прошедшее от начала развития этого направления таковы, что можно утверждать, что такого рода исследования находятся в самом начале и почти любые результаты в этой области будут обладать абсолютной научной новизной. Оригинальность проекта с точки зрения его целей и методологии связана прежде всего с - использованием методов холодного газодинамического напыления и детонационного напыления для получения покрытий на основе высокоэнтропийных сплавов и сравнение полученных результатов с результатами, полученными методом лазерной наплавки; - планирующимися работами по термодинамическому и кинетическому моделированию процессов фазообразования в условиях нанесения покрытий; - исследованием влияния состава и других характеристик используемых порошков на результаты нанесения покрытий (в частности на процесс образования высокоэнтропийных фаз). В последнем случае особое внимание будет уделено изучению возможности получения высокоэнтропийных фаз непосредственно из порошков чистых металлов или из низкоэнтропийных сплавов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Остовари А., Шабурова Н.А., Зайцева О.В., Самодурова М.Н., Ульяницкий В.Ю., Дубенская М.А., Сова А.А., Трофимов Е.А. Получение покрытия на основе высокоэнтропийного сплава методом лазерной наплавки из низко- и среднеэнтропийных порошков Получение, структура и свойства высокоэнтропийных материалов: Тезисы международной конференции и школы молодых ученых (г. Белгород, 14-16 октября 2020 г.), страница 81 (год публикации - 2020)

2. Трофимов Е.А., Остовари А., Зайцева О.В., Трофимова С.Н., Ульяницкий В.Ю., Дубенская М.А., Сова А.А., Самодурова М.Н. Катализаторы на основе высокоэнтропийных фаз Получение, структура и свойства высокоэнтропийных материалов: Тезисы международной конференции и школы молодых ученых (г. Белгород, 14-16 октября 2020 г.), страница 27 (год публикации - 2020)

3. Самодурова М.Н., Шабурова Н.А., Остовари А., Зайцева О.В., Трофимова С.Н., Ульяницкий В.Ю., Дубенская М.А., Сова А.А., Трофимов Е.А. Использование лазерной наплавки и детонационного напыления для получения покрытий на основе высокоэнтропийных сплавов «Фазовые и структурные превращения в стали и сплавах» (ФСПС 2020) (год публикации - 2020)

4. Дубенская М., Латфулина Ю.С., Самодурова М.Н. Cold Spray Deposition of Copper/Tungsten Composite Coatings IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Том 969, номер публикации 012106 (год публикации - 2020)
10.1088/1757-899X/969/1/012106

Публикации

1. Трофимов Е. А., Самодурова М. Н., Сова А. А., Дубенская М. А., Трофимова С. Н., Ульяницкий В. Ю. Synthesis of high-entropy alloy coating by laser remelting of cold spray deposits SYNTHESIS, STRUCTURE, AND PROPERTIES OF HIGHENTROPY MATERIALS / Belgorod : LLC "Epicenter", с. 37 (год публикации - 2021)

2. Остовари Могаддам А., Самодурова М.Н., Пашкеев К., Дубенская М., Сова А., Трофимов Е.А. A novel intermediate temperature self-lubricating CoCrCu1-xFeNix high entropy alloy fabricated by direct laser cladding Tribology International, 156 (2021) 106857 (год публикации - 2021)
10.1016/j.triboint.2021.106857

3. Ульяницкий В.Ю., Рыбин Д.К., Сова А., Остовари Могаддам А., Самодурова М., Дубенская М., Трофимов Е. Formation of metal composites by detonation spray of powder mixtures The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Том 117, Выпуск 1-2, Страницы 81 - 95 (год публикации - 2021)
10.1007/s00170-021-07743-7

4. Сова А., Дубенская М., Трофимов Е., Самодурова М., Ульяницкий В., Смуров И. Cold Spray of Metal Powder Mixtures: Achievements, Issues and Perspectives Transactions of the Indian Institute of Metals, Том 74, Выпуск 3, Страницы 559 - 570 (год публикации - 2021)
10.1007/s12666-020-02165-7

5. Ульяницкий В.Ю., Рыбин Д.К., Ухина А.В., Бохонов Б.Б., Дудина Д.В., Самодурова М.Н., Трофимов Е.А. Structure and composition of Fe-Co-Ni and Fe-Co-Ni-Cu coatings obtained by detonation spraying of powder mixtures Materials Letters, Том 2901, Номер статьи 129498 (год публикации - 2021)
10.1016/j.matlet.2021.129498

6. Сова А., Дубенская М., Трофимов Е., Самодурова М., Ульяницкий В. Elaboration of high-entropy coating by cold spray followed by laser melting Proceedings of the PlasmaTech / SICT 2021 International Joint Conference, 1-4 (год публикации - 2021)
10.26799/cp-plasmatech-sict-2021

Публикации

1. Трофимов Е.А., Самодурова М.Н., Литвинюк К.С., Зайцева О.В., Трофимова С.Н. IMPROVING THE SCIENTIFIC BASIS FOR HIGH-ENTROPY ALLOY COATING BY LASER CLADDING XXIII International Conference on Chemical Thermodynamics in Russia, BOOK OF ABSTRACTS, Казань, 321 (год публикации - 2022)

2. Самодурова М.Н., Литвинюк К.С., Зайцева О.В., Трофимова С.Н., Трофимов Е.А. DEVELOPMENT OF THE SCIENTIFIC BASIS FOR HIGH-ENTROPY ALLOY COATING BY LASER CLADDING AND BY COMBINED ADDITIVE TECHNOLOGIES Тезисы IV Международной школы-конференции «Перспективные высокоэнтропийные материалы» (г. Черноголовка, Россия, 26-30 октября 2022 г.), Белгород : ООО «Эпицентр», 119 (год публикации - 2022)

3. Батраев И. С., Ульяницкий В. Ю., Сова А. А., Самодурова М. Н., Трофимов Е. А., Пашкеев К. Ю., Маликов А. Г., Дудина Д. В., Ухина А. В. A Feasibility Study of High-Entropy Alloy Coating Deposition by Detonation Spraying Combined with Laser Melting Materials, 2022, 15, 4532 (год публикации - 2022)
10.3390/ma15134532

4. Ульяницкий В. Ю., Корчагин М. А., Гаврилов А. И., Батраев И. С., Рыбин Д. К., Ухина А. В., Дудина Д. В., Самодурова М. Н., Трофимов Е. А. FeCoNiCu Alloys Obtained by Detonation Spraying and Spark Plasma Sintering of High-Energy Ball-Milled Powders Journal of Thermal Spray Technology, 31, 1067–1075 (2022) (год публикации - 2022)
10.1007/s11666-022-01362-8

5. Сова А., Дубенская М., Трофимов Е., Самодурова М. Deposition of High-Entropy Alloy Coating by Cold Spray Combined with Laser Melting: Feasibility Tests Journal of Thermal Spray Technology, (2022) 31:1112–1128 (год публикации - 2022)
10.1007/s11666-021-01300-0

6. Самойлова О., Шабурова Н., Самодурова М., Пашкеев К., Остовари Могаддам А., Дубенская М., Сова А., Трофимов Е. Microstructural evolution of Al0.25CoCrFeNiCu and Al0.45CoCrFeNiSi0.45 high-entropy alloys during laser cladding Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications, 30.12.2021 (год публикации - 2022)
10.1177/14644207221084216