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 25-29-00794
НазваниеСпособ и установка для получения композиционного материала, характеризующегося высокой степенью равномерности распределения бора в алюминиевой матрице
Руководитель Чурилов Григорий Николаевич, Доктор технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" , Красноярский край
Конкурс №102 - Конкурс 2025 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий
Ключевые слова композиционный материал, нанопорошок, бор, алюминий, фуллерен, плазма, твердый раствор, РФЭС, РФА, электронная микроскопия
Код ГРНТИ29.27.51
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будут:
• разработано устройство для синтеза композиционных материалов, объединяющее в единый технологический процесс перекристаллизацию микронных порошков бора в наноразмерные и их введение в расплав алюминия.
• Изучена пограничная область расплава и ВЧ плазмы, в разрядах имеющих многошнуровую структуру, в процессе легирования легкоплавких металлов тугоплавкими веществами (впервые).
• Исследована степень распределения наноразмерных частиц в плазме дугового ВЧ разряда в инертном газе (впервые).
• Экспериментально установлены технологические параметры работы новой установки для управляемого синтеза композиционных материалов на основе алюминия с равномерным распределением бора, которые в дальнейшем лягут в основу разработки методик получения алюминиевых композитов с другими легирующими компонентами.
• Разработан способ равномерного введения в расплав металла нанопорошков, непосредственно в процессе их синтеза, что особенно важно для введения порошков тугоплавких материалов.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В результате первого года реализации проекта «Способ и установка для получения композиционного материала, характеризующегося высокой степенью равномерности распределения бора в алюминиевой матрице» были исследованы свойства плазмы одноструйного и двухструйного плазматронов.
Оба плазматрона использовались в качестве источников света в установке для атомно-эмиссионного спектрального анализа и в качестве генераторов плазмы при получении пробных плавок боралюминиевых слитков.
Была разработана схема согласования, совмещающая процесс нагрева тигля с расплавом алюминия и процесс магнитогидродинамического перемешивания. Лучшие результаты показал двухструйный плазматрон. В случае использования его для атомно-эмиссионного спектрального анализа пробоприсутствие исследуемого вещества в плазме увеличивалось в 2 раза, область наблюдения, находящаяся выше устья слияния обеих струй имела более однородное распределение параметров плазмы, коэффициент воспроизводимости аналитического результата увеличивался. При использовании двухструйного плазматрона для синтеза существенно возрастала эффективность введения бора в расплав алюминия, т.к. на поверхности расплава каждая струя образует свою область взаимодействия плазмы с поверхностью расплава.
С помощью разработанного нами программного комплекса выполнена количественная оценка степени равномерности распределения бора в объеме пробных плавок боралюминиевых слитков на основе статистической обработки СЭМ-изображений, полученных методом рентгенофлуоресцентного анализа в режиме элементного картирования. Было показано, что средняя концентрация бора для разных образцов отличалась. Равномерное распределение бора в объеме алюминиевых слитков было характерно для всех образцов, но в разной степени. Наиболее однородное распределение бора наблюдалось в образцах, где средняя концентрация бора была выше.
С целью разрушения пассивирующего слоя была исследована возможность использования присадок, восстанавливающих алюминий (наноразмерный углерод и NaF). Показано, что использование содержащих фтор соединений приводит к их включению в структуру материала слитка (Na3AlF6, NaF).
Проведенные исследования твердости и прочности на разрыв образцов, выпиленных в виде пластин из полученных пробных плавок боралюминиевых слитков, показали, что их параметры существенно отличаются от параметров исходного алюминия. Для боралюминиевых образцов наблюдается рост твёрдости и прочности на разрыв с увеличением количественного содержания бора.
Полученные результаты показали, что механическое поведение и прочностная зависимость являются прямым следствием протекания сложных процессов при плазмохимической обработке алюминия, а также образования сложного фазового состава и микроструктуры образцов.
Публикации
1. Чурилов Г.Н., Глущенко Г.А., Жижаев А.М., Николаев Н.С., Елесина В.И., Внукова Н.Г., Токмин А., Лопатин В., Кастюк М., Локтев А.Н. Uniform alloying of aluminium with boron Pramana - Journal of Physics (год публикации - 2026)
2. Чурилов Г.Н., Николаев Н.С., Внукова Н.Г., Глущенко Г.А., Лопатин В.А., Елесина В.И., Исакова В.Г., Локтев А.Н. Behavior of Silicon Impurity During Plasma Alloying of Aluminum with Boron Journal of Siberian Federal University. Mathematics & Physics, Journal of Siberian Federal University. Mathematics & Physics. ISSN 1997-1397. 2025. 18(5), P. 674–679. https://elib.sfu-kras.ru/handle/2311/156665 (год публикации - 2025)
3. Чурилов Г.Н., Глущенко Г.А., Николаев Н.С., Локтев А.Н., Елесина В.И. Получение наноразмерного порошка бора путем плазменной обработки Сборник тезисов по материалам II Научной конференции «Физика конденсированного состояния» (ФКС-2025), посвящённой 60-летию Донецкого физико-технического института им. А.А. Галкина (8 – 10 апреля 2025 г., г. Донецк), С. 75 (год публикации - 2025)
4. Два подхода плазменного получения лигатур Al-B Два подхода плазменного получения лигатур Al-B Сборник тезисов международной конференции «Functional Materials. ICFM-2025» памяти профессора Владимира Наумовича Бержанского. Республика Крым, г. Форос (06 – 10 октября 2025 г.), С. 37-38 (год публикации - 2025)
5. Синтез лигатур на основе бора и алюминия в плазме низкочастотного дугового разряда Synthesis of boron and aluminium-based ligatures in a low-frequency arc discharge plasma Proceedings The 7th Asian School-Conference on Physics and Technology of Nanostructured Materials (ASCO-NANOMAT), г. Владивосток (11 – 15 июля 2025 г.) , P. 202-203 (год публикации - 2025)