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 25-29-01559
НазваниеНовый подход к созданию лёгких высокоэнтропийных металлических материалов
Руководитель Михайлов Дмитрий Вячеславович
Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" , Челябинская обл
Конкурс №118 - Конкурс на получение грантов РНФ по мероприятию «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка проведения научных исследований и развития научных коллективов, занимающих лидирующие позиции в определенных областях науки»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий
Ключевые слова легкие высокоэнтропийные сплавы, высокоэнтропийные интерметаллиды, система Ca-Mg-Li, CALPHAD-моделирование, фазовые равновесия, механические свойства
Код ГРНТИ31.15.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект посвящён разработке нового класса лёгких высокоэнтропийных металлических материалов / сплавов (ЛВЭС) на основе системы (Ca,Sr,Ba)MgLi.
Актуальность исследования определяется необходимостью создания конструкционных материалов с низкой плотностью и одновременно высокими механическими и эксплуатационными характеристиками, востребованных в авиа-космическом, автомобильном и энергетическом секторах. Современные ЛВЭС, базирующиеся на алюминии, не удовлетворяют этим требованиям из-за образования хрупких интерметаллидов.
Научная новизна предлагаемого проекта заключается в комплексном подходе к созданию и исследованию лёгких высокоэнтропийных сплавов (ЛВЭС) без алюминия на основе однофазного интерметалида системы (Ca,Sr,Ba)MgLi, а также металломатричных (на основе магния) композитов с включениями такого интерметаллида. Впервые в мировой практике будет проведён целенаправленный поиск и синтез новых композиций, где в качестве основных легирующих элементов используются исключительно сверхлёгкие и щелочноземельные металлы. Новизна подхода подтверждается анализом современной литературы, согласно которому к настоящему времени удалось найти очень небольшое число работ, посвящённых получению и исследованию интерметаллических высокоэнтропийных фаз и практически нет работ, посвящённых созданию высокоэнтропийных интерметаллидов на основе только лёгких металлов.
Впервые будет проведено термодинамическое моделирование фазовых равновесий в многокомпонентных системах (Ca,Sr,Ba)MgLi с применением CALPHAD-алгоритмов и специализированного ПО, что позволит обосновать выбор перспективных составов.
Экспериментальная часть будет включать отработку технологии вакуумной выплавки образцов для обеспечения высокой скорости охлаждения и однородности структуры. Важной частью исследования станет применение сочетания методов сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, порошковой рентгеновской дифрактометрии и микрорентгеноспектрального анализа для изучения фазовых соотношений и локального состава образцов.
Ключевые результаты будут получены в двух этапа: в первый год — создание термодинамической модели системы CaMgLi, синтез и первичная характеризация образцов сплавов этой системы; во второй год — расширение исследований на четырёх- и пятикомпонентные системы, комплексный анализ механических свойств и коррозионной устойчивости. Ожидается формулирование рекомендаций по разработке легких конструкционных материалов нового поколения и публикация результатов в высокорейтинговых международных журналах.
Реализация проекта внесёт вклад в развитие промышленности новых материалов и технологий, обеспечит основу для создания конкурентоспособных российских сплавов с уникальным сочетанием лёгкости и надёжности.
Ожидаемые результаты
В результате реализации проекта ожидается получение следующих ключевых научных и практических результатов, соответствующих мировому уровню исследований и обладающих значительным социально-экономическим потенциалом.
В первый год работы будет предложена и верифицирована термодинамическая модель системы Ca–Mg–Li на основе алгоритмов CALPHAD, что позволит обосновать выбор четырёх приоритетных составов ЛВЭС (CaMgLi, CaMg₂Li, CaMg₅Li, CaMg₁₀Li). Синтезированные в вакуумной индукционной печи образцы пройдут комплексную структурную и функциональную характеризацию, включающую рентгенофазовый анализ, сканирующую и просвечивающую электронную микроскопию, микрорентгеноспектральный анализ (EDS), термоанализ методом DSC и механические испытания (твёрдость, прочность, пластичность). Это позволит выявить количественные корреляции между химическим составом, фазовым состоянием и свойствами материалов, а также подготовить первую публикацию в журнале, индексируемом в Scopus .
На втором году проекта моделирование будет расширено на системы (Ca,Sr)MgLi и (Ca,Sr,Ba)MgLi, после чего будут синтезированы восемь новых композиций с различным содержанием элементов. Для каждого образца будет выполнена комплексная оценка микроструктуры, механических и коррозионных свойств, что создаст фундамент для формулирования научно обоснованных рекомендаций по оптимизации составов и обработке создаваемых материалов. По итогам второго года планируется подготовка серии публикаций в журналах Q1-Q2 и оформление базы термодинамических данных для системы (Ca,Sr,Ba)MgLi.
По итогам реализации проекта будет изготовлен лабораторный прототип оптимального состава сплава, подтверждающий корректность разработанных CALPHAD‑моделей и технологических режимов синтеза; передача этого образца, а также технологической документации на производство сплава квалифицированному заказчику обеспечит возможность максимально быстрого внедрения выполненных разработок и привлечения дополнительных средств для развития данного направления исследований в рамках НИОКР.
Общее значение ожидаемых результатов заключается в создании новых лёгких высокоэнтропийных интерметаллических материалов без алюминия, демонстрирующих уникальное сочетание низкой плотности, высокой прочности, удовлетворительной пластичности и коррозионной устойчивости. Полученная термодинамическая база и экспериментальные данные лягут в основу разработки конкурентоспособных конструкционных сплавов для авиационно-космической, транспортной и энергетической отраслей. Предложенные материалы и технологии могут быть внедрены в производство лёгких деталей и покрытий, что позволит повысить энергетическую эффективность, снизить материалоёмкость конструкций и поддержать импортозамещение в высокотехнологичных секторах экономики.