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 25-79-10232
НазваниеРазработка функциональных сплавов на основе интерметаллического соединения Ti₂Ni, легированных Cr и Cu, полученных различными методами, для использования в качестве носителей водорода.
Руководитель Аникеев Сергей Геннадьевич, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" , Томская обл
Конкурс №111 - Конкурс 2025 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными, приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка молодых ученых»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий
Ключевые слова Никелид титана, TiNi, Ti2Ni, хранение водорода, коррозионная стойкость, электронно-пучковая обработка, порошковая металлургия, структура, фазовый состав, легирование.
Код ГРНТИ53.37.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Водородная энергетика — одно из перспективных направлений развития энергетики в мире, и Россия активно участвует в разработке технологий для конкуренции на данном рынке. Согласно Стратегии научно-технологического развития России, определены большие вызовы, и тематика данного проекта соответствует первым двум направлениям, что подтверждает АКТУАЛЬНОСТЬ настоящего исследования. Данная область является комплексной и включает в себя множество направлений, где разработка носителей водорода является отдельным научно-значимым и важным направлением исследований. Научно-прикладная направленность данного проекта объединяет множество научных аспектов в области создания новых материалов, материаловедения, сильноточной электроники и электрохимии.
Проект направлен на решение фундаментальной научной проблемы, состоящей в разработке и комплексном исследовании эффективного материала для сорбции, хранения, транспортировки и десорбции водорода на основе интерметаллического соединения Ti2Ni, полученного различными методами с легирующими добавками.
Исходя из сформулированной проблемы поставлена следующая конкретная ЗАДАЧА – разработка научно-технологических основ создания функциональных сплавов на основе интерметаллического соединения Ti2Ni, легированных Cu, Cr и полученных методами литья, аддитивной технологии с использованием магнетронного осаждения и электронно-пучковой обработки, а также порошковой металлургии, для использования в качестве носителей водорода.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА проекта состоит в том, что впервые будут получены монолитные и порошковые материалы на основе интерметаллического соединения Ti2Ni с легирующими добавками, которые будут аттестованы с точки зрения носителей водорода. Запланировано использование не только перспективных в прикладном смысле материалов на основе Ti2Ni, полученных методом литья, но и для достижения максимальной чистоты экспериментальных образцов и контроля получаемых свойств запланировано использование аддитивных технологий с применением магнетронного осаждения и электронно-пучковой обработки. Впервые для интерметаллического соединения Ti2Ni будет исследовано влияние легирующих добавок Cr и Сu, а также термомеханические обработки, которые согласно литературным источникам увеличивают сорбцию водорода за счет повышения коэффициента диффузии водорода и создания дефектной структуры. Впервые для исследования особенностей наводораживания будут использованы легирующие добавки в виде покрытий, а также в виде поверхностных сплавов, которые будут получены с помощью низкоэнергетических сильноточных электронных пучков (НСЭП). Впервые будут апробированы различные среды (кислая, нейтральная, щелочная) и режимы электро-химического наводораживания полученных экспериментальных материалов, а также исследована коррозионная устойчивость в этих средах для определения возможности циклического использования полученного материала.
Ожидаемые результаты
К основным ожидаемым результатам относятся:
– Будет разработан сравнительный анализ структурных особенностей полученных монолитных материалов на основе интерметаллического соединения Ti2Ni с различным содержанием легирующих добавок Cr (0; 0,5; 1,0; 1,5 ат.%) и Cu (5,0; 10,0; 15,0; 20,0 ат.%) полученный с помощью стандартных методов материаловедения (ОМ, РЭМ, ЕДС, РСА, АСМ). Исследованы температурная зависимость удельного электросопротивления, параметры микротвердости и поверхностной энергии экспериментального материала.
– Будет проведена модификация поверхности с помощью электронно-пучковой обработки оптимального для гидрирования монолитного материала, изучено ее влияние на особенности гидрирования.
– Будут подготовлены экспериментальные образцы на основе выбранного материала с покрытием Cr и Cu. Проведена модификация поверхности с помощью электронно-пучковой обработки.
– Будут подготовлены экспериментальные образцы на основе поверхностного сплава Ti2Ni(Cr,Cu), полученного после электронно-пучковой обработки.
– Будет проведено реакционное спекание порошковой шихты при различных температурных режимах для получения монолитного и пористого материала с максимальной долей соединения Ti2Ni. Получен гранулированный материал на основе материала, полученного спеканием.
– Будет выполнена электрохимическая обработка экспериментальных образцов с использованием различных сред (кислая – 4 % H2SO4, нейтральная – 20% NaCl-(C6H10O5)n, щелочная – NaOH) и режимов наводораживания (плотность тока, время гидрирования, температура среды).
– Будут выполнены термомеханические обработки (ротационная ковка, прокатка) для создания дефектной структуры в монолитном материале с целью последующего наводораживания материалов на основе интерметаллического соединения Ti2Ni с различным содержанием легирующих добавок Cr и Cu.
– Будут исследованы структурные особенности экспериментальных образцов на основе Ti2Ni с различным содержанием легирующих добавок Cr и Cu после различных видов ТМО, а также изучены особенности гидрирования.
– Будет проведена аттестация влияния различных концентраций легирующих добавок и режимов наводораживания на сорбционную способность водорода экспериментальных образцов трех типов.
– Будут исследованы параметры коррозионной стойкости материалов и разработаны режимы гидрирования для обеспечения стабильности экспериментального материала.
– Будут исследованы параметры дегидрирования материала с использованием различных режимов термомеханической обработки.
– Будет определен оптимальный фазовый состав материала и влияние выполненных обработок на особенности сорбции/десорбции водорода экспериментальных образцов. Подготовлен сравнительный обзор результатов, полученных за весь период реализации проекта, по 3 типам экспериментальных материалов.
– Будут разработаны научно-технологические основы создания функциональных сплавов на основе интерметаллического соединения Ti2Ni, легированных Cu и Cr, полученных методами литья, аддитивной технологии с использованием магнетронного осаждения и электронно-пучковой обработки, а также порошковой металлургии, для использования в качестве носителей водорода.
– Полученные научные результаты будут представлены на 9 международных и всероссийских конференциях и симпозиумах. Подготовлены материалы для разработки патента и опубликованы 10 статей в научных журналах (WoS, Scopus, RSCI).
Необходимость и своевременность решения обозначенной проблемы обусловлена текущим развитием науки, и ожидаемые результаты соответствует мировому уровню исследований. Водород, в настоящее время, рассматривается как ключевой элемент декарбонизации экономики и необходим для перехода к низкоуглеродной технологической системе. Различные направления получения «голубого», «желтого», «зеленого» водорода развиваемые в России различными федеральными компаниями формируют разнообразные механизмы генерации, хранения, транспортировки и распределения водорода и подчеркивает ЗНАЧИМОСТЬ исследований в данном направлении. Данная область является комплексной и включает в себя множество направлений, где разработка носителей водорода является отдельным научно-значимым и важным направлением исследований. Научно-прикладная направленность проекта объединяет множество научных аспектов в области создания новых материалов, материаловедения, сильноточной электроники и электрохимии. Успешное решение поставленных задач может внести существенный вклад в общественное устройство множества технологий водородной энергетики, которые могут качественно увеличить уровень благосостояния общества.
Масштаб решаемой проблемы охватывает такие области естественных и инженерных наук как: 02 Физика (Физика конденсированных сред), 03 Химия и науки о материалах (Физическая химия; Фундаментальные проблемы формирования новых материалов), 09 Инженерные науки (Процессы тепломассообмена, свойства веществ и материалов; Энергетика; Электрофизика, электротехника и электроэнергетика).
Комплексность поставленной задачи основана на всестороннем междисциплинарном исследовании и разработке новых функциональных материалов на основе интерметаллического соединения Ti2Ni с добавками (Cr, Cu) для создания носителей водорода с привлечением современных методов исследования и высокотехнологичного оборудования. Результаты выполнения проекта имеют возможность практического использования и могут лечь в основу разработки систем хранения и транспортирования водорода для различных технологических решений в науке и технике.