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 22-19-00040
НазваниеНаучные и технологические основы получения слоистых композиционных материалов керамика/интерметаллид на основе боридов и алюминидов титана в условиях, сочетающих горение и высокотемпературное сдвиговое деформирование
Руководитель Бажин Павел Михайлович, Доктор технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук , Московская обл
Конкурс №68 - Конкурс 2022 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 слоистый композиционный материал, керамика, интерметаллид, горение, высокотемпературное сдвиговое деформирование
Код ГРНТИ31.15.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В настоящее время повышение эффективности авиадвигателей становится невозможным без использования принципиально новых конструкционных материалов. Подойти к решению указанной проблемы предлагается путем создания принципиально новых слоистых композиционных материалов на основе керамика/интерметаллид с улучшенными физико-механическими характеристиками по сравнению с мировыми аналогами. К перспективным материалам относят интерметаллиды на основе алюминидов титана. В настоящем проекте для повышения физико-механических характеристик алюминидов титана, таких как формуемость, пластичность, сопротивление ползучести, вязкость разрушения, прочность, износо- и трещиностойкость, будет проводиться их легирование переходными металлами (Nb, Mo) и бором, и будет впервые проводиться изучение формирования многослойных композитов керамика/интерметаллид на основе TiB/TiAl(Nb,Mo)B в условиях, сочетающих процессы горения в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и высокотемпературное сдвиговое деформирование. Учитывая, что условия протекания СВС являются экстремальными, а большинство продуктов СВС являются неравновесными, то в технологии СВС стоит острая научная проблема получения материалов с заданной регулярной структурой и заданными физико-механическими свойствами.
Конкретная задача проекта состоит в разработке новой технологии создания слоистых композиционных материалов на основе TiB/TiAl(Nb,Mo)B в условиях сочетания процессов горения и высокотемпературного сдвигового деформирования, а также отработке оптимальных технологических режимов получения материалов с заданной регулярной структурой и заданными эксплуатационными характеристиками на основе изучения и установления закономерностей формирования слоистых композиционных материалов, состоящих из чередующихся слоев керамики на основе TiB и интерметаллидов на основе TiAl(Nb,Mo)B. Фактически в проекте буден пройден путь научного исследования цепочки: модель-состав-структура-свойства и изучение влияния внешних факторов (давление, температура, сдвиг) на ее характеристики.
Новизной предлагаемых исследований будет изучение особенностей формирования, фазо-, структурообразования и получения новых слоистых композиционных материалов на основе керамика/интерметаллид с заданной регулярной структурой и улучшенными физико-механическими характеристиками по сравнению с мировыми аналогами, а также установление закономерностей регулирования структурой и свойствами полученных материалов. Теоретическая новизна проекта заключается в построении аналитических моделей и их численного анализа с целью определения оптимального дизайна материала, диапазонов физико-химических и геометрических параметров компонентов разрабатываемого слоистого композита, а также прогнозирования его возможных свойств с учетом условий высокотемпературного окисления в агрессивной среде.
Выполнение проекта позволит решить фундаментальную и прикладную задачи по созданию новых композиционных слоистых материалов с заданной регулярной структурой и улучшенными эксплуатационными свойствами по сравнению с мировыми аналогами, что безусловно соответствует передовым разработкам в данной области исследований.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Бажин П.М., Константинов А.С., Чижиков А.П., Антипов М.С., Е.В. Костицына, Столин А.М.
Influence of Conditions of Self-Propagating High-Temperature Synthesis on Phase Composition and Structure of Materials Based on Ti–B
Russian Journal of Inorganic Chemistry, Vol. 67, No. 12, pp. 2040–2044 (год публикации - 2022)
10.1134/S0036023622601696
2. Хвостунков К.А. Коэффициент интенсивности напряжений для двуслойной балки с диффузным слоем при трехточечном нагружении Всероссийский научный журнал "Механика композиционных материалов и конструкций (год публикации - 2022)
3. Бажин П.М., Константинов А.С., Антипов М.С., Чижиков А.П., Столин А.М. Холодное одноосное деформирование порошковых материалов на основе Ti-B/Ti-Al-Nb-Mo-B Новые огнеупоры (год публикации - 2023)
Публикации
1.
П. Бажин, А. Константинов, А. Чижиков, М. Антипов, П. Столин, В. Авдеева, А. Антоненкова
Compactability Regularities Observed during Cold Uniaxial Pressing of Layered Powder Green Samples Based on Ti-Al-Nb-Mo-B and Ti-B
Metals, Metals 2023, 13, 1827. (год публикации - 2023)
10.3390/met13111827
2.
К. А. Хвостунков, К. А. Федотов
Двухслойная балка в условиях ползучести и роста поврежденности при трехточечном нагружении
Проблемы машиностроения и надежности машин, 2023, № 3, с. 48–57 (год публикации - 2023)
10.31857/S0235711923030082
3. К.А. Хвостунков, П.М. Бажин Очередность разрушения слоев двухслойной балки из СВС-композита при трехточечном нагружении Сборник трудов XIII Всероссийского съезда по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики (год публикации - 2023)
4. Хвостунков К.А., Федотов К.А. Разрушение двухслойной балки в условиях ползучести при трехточечном нагружении Сборник научных трудов XXIII Зимней школы по механике сплошных сред, С. 351 (год публикации - 2023)
5. К.А. Федотов, К.А. Хвостунков Напряженное состояние балки при изгибе в условиях ползучести и накопления поврежденности Сборник трудов международной конференции Физика и технология перспективных материалов–2023, с. 372, ISBN 978-5-7477-5738-7 (год публикации - 2023)
6. К.А. Хвостунков, Д.А. Патитин, П.М. Бажин Предельная нагрузка многослойного СВС-композита при трехточечном нагружении Сборник трудов международной конференции Физика и технология перспективных материалов–2023, с.378-380, ISBN 978-5-7477-5738-7 (год публикации - 2023)
7. Бажин П.М., Константинов А.С., Чижиков А.П., Антипов М.С., Столин П.А., Антоненкова А.Ю. Layered composite materials based on intermetallics for space constructions 4th BRICS SCITECH FORUM 2023,4th BRICS CONFERENCE ON SPACE STRUCTURES AND MATERIALS, c.1 (год публикации - 2023)
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Разработаны аналитическая модель прочности, модель распределения дефектов по данным металлографичесого анализа и модель долговечности многослойного композита, которые позволяют дать конкретные рекомендации как по прочностным пределам, так и по характеристикам долговечности материала и дают возможность проведения оптимизации структуры под различные условия, налагаемые при изготовлении слоистого композиционного материала: максимальная жесткость при заданном уровне предельной нагрузки, либо максимальная предельная нагрузка при заданном уровне жесткости.
На основе полученных результатов разработаны научно-технологические основы процесса, сочетающего горение и высокотемпературное сдвиговое деформирование при получении слоистых композиционных материалов на основе TiB/TiAl(Nb,Mo)B с заданной регулярной структурой и улучшенными эксплуатационными свойствами.
Доказано, что при получении образцов от 10х10мм до 50х100 мм в условиях свободного СВС-сжатия, формируются слоистые композиционные материалы со стабильной структурой и физико-механическими свойствами, которые возможно регулировать технологическими и конструктивными параметрами процесса, а также составом каждого слоя, чередованием и пропорцией слоев в СКМ.
Разработаны оптимальные технологические режимы процесса свободного СВС-сжатия, получены опытные партии образцов габаритами от 10х10 мм до 50х100 мм, а также диски диаметрами 50-60 мм и толщиной до 10 мм из разрабатываемых материалов на основе TiB/TiAl(Nb,Mo)B.
Опубликовано 10 публикаций, подана заявка в ФИПС № 2024113167/05 (029632) от 15.05.2024 г. «Способ получения слоистых композиционных материалов на титановой основе и слоистые композиционные материалы на титановой основе», сделаны устные и стендовые доклады на международных и Российских конференциях.
Публикации
1. Хвостунков К.А., Бажин П.М. Влияние последовательности слоев на прочность многослойных СВС-композитов при трехточечном изгибе Механика композиционных материалов и конструкций, Т. 30, № 4, 2024 г. (год публикации - 2024)
2. Бажин П.М., Антипов М.С., Чижиков А.П., Константинов А.С., Бажина А.Д., Столин П.А. Высокотемпературное формование, структура и фазовый состав композитов на основе TiB/TiAl(Nb,Mo)B Перспективные материалы (год публикации - 2025)
3. Антипов М.С., Бажин П.М., Чижиков А.П., Константинов А.С., Бажина А.Д., Иванов А.С., Столин А.М. Formation, structure and phase composition layered composite materials based on TiB-Ti and TNM alloy Book of Abstracts "XVI International Symposium on Self-propagating High-temperature Synthesis" (год публикации - 2024)
4. Антипов М.С., Бажин П.М. Слоистые композиционные материалы на основе TNM сплавов для машиностроения Сборник тезисов докладов 22-й Международной школы-конференции имени Б.А. Калина для молодых ученых и специалистов (год публикации - 2024)
5. Хвостунков К.А., Бажин П.М., Великов М.В., Жидович А.О., Титов М.С., Антипов М.С. Модель поврежденности в условиях трехточечного нагружения двухслойного металлокерамического композита на основе TiB/Ti Физическая мезомеханика, Том 27, № 6 (декабрь 2024) (год публикации - 2024)
6. Хвостунков К.А., Бажин П.М. Роль внутреннего слоя в прочности и долговечности слоистого СВС-композита при трехточечном нагружении Сборник трудов VII Международной научной конференции "Моделирование синтеза и разрушения материалов (МСРМ-2024)" (год публикации - 2024)
7. Хвостунков К.А., Черяпов Т.И. Модель оценки времени до разрушения слоистой балки при трехточечном нагружении Сборник трудов "7-я Международная научно-техническая конференция "Живучесть и Конструкционное Материаловедение ЖивКоМ – 2024" (год публикации - 2024)
8.
Хвостунков К.А., Великов М.В., Бажин П.М.
Зависимость предельной нагрузки для трехслойной балки интерметаллид-керамика-металл при трёхточечном изгибе от геометрии, модуля упругости и температуры
Механика композиционных материалов и конструкций, Том: 30, Номер: 2, Год: 2024, Страницы: 181-197 (год публикации - 2024)
10.33113/mkmk.ras.2024.30.02.04
9. Антипов М.С., Иванов А.С., Бажин П.М., Столин А.М. Закономерности уплотняемости порошковых материалов на основе Ti-Al-Nb-Mo-B и Ti-B при холодном одноосном прессовании Сборник трудов XIV Конференции молодых ученых по общей и неорганической химии (год публикации - 2024)
10. Антипов М.С., Бажина А.Д., Чижиков А.П., Константинов А.С. , Бажин П.М. Строение и свойства слоистых композиционных материалов на основе TiB/TiAl(Nb,Mo)B, полученных в условиях горения и высокотемпературного сдвигового деформирования Сборник трудов XIV Конференции молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции (год публикации - 2024)
Возможность практического использования результатов
1. Разработаны аналитическая модель прочности, модель распределения дефектов по данным металлографичесого анализа и модель долговечности многослойного композита, которые позволяют дать конкретные рекомендации как по прочностным пределам, так и по характеристикам долговечности материала и дают возможность проведения оптимизации структуры под различные условия, налагаемые при изготовлении слоистого композиционного материала: максимальная жесткость при заданном уровне предельной нагрузки, либо максимальная предельная нагрузка при заданном уровне жесткости.
2. Разработана новая технология получения слоистых композиционных материалов на основе TiB/TiAl(Nb,Mo)B, которая позволяет за десятки секунд без использования дорогостоящего оборудования получать материалы с заданными структурой и физико-механическими характеристиками, что существенно снизит себестоимость изготовления таких материалов, а учитывая их повышенные физико-механические свойства, позволит увеличить срок службы и надежности деталей и механизмов газотурбинных двигателей.
3. На данный момент изготовлены опытные образцы мишеней для магнетронного напыления, которые будут переданы на Кафедру технологии машиностроения УУНТ (г. Уфа) для их практического использования для нанесения защитных жаропрочных покрытий.