Создание новых жаропрочных материалов на основе химически сложных интерметаллических сплавов с L12 структурой

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 26-19-00929

НазваниеСоздание новых жаропрочных материалов на основе химически сложных интерметаллических сплавов с L12 структурой

Руководитель Давыдов Денис Игоревич, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук , Свердловская обл

Конкурс №124 - Конкурс 2026 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 Жаропрочные сплавы, высокоэнтропийные материалы, многокомпонентные суперсплавы, механические свойства, структура, интерметаллиды, аддитивное производство, Химически сложные интерметаллидные сплавы

Код ГРНТИ53.03.09

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Химически сложные интерметаллидные сплавы (chemically complex intermetallic alloys, CCIMA), ХСИС, являются перспективными жаропрочными материалами для авиакосмической промышленности и энергетики. Интерметаллидные жаропрочные ХСИС на основе упорядоченной фазы с L1₂-структурой - новая малоизученная область современного материаловедения. Эти конструкционные сплавы предлагаются в качестве альтернативы традиционным жаропрочным сплавам и керамическим композитам, для использования, например, в лопатках турбин, деталях гиперзвуковых летательных аппаратов, реакторных установках нового поколения. Жаропрочные сплавы на основе интерметаллида Ni3Al с упорядоченной L1₂-кубической гранецентрированной решёткой, обладают высокой прочностью, термостойкостью и устойчивостью к окислению, но показывают хрупкость и сложность в механической обработке. Преодоление хрупкости сплава возможно путём введения нескольких элементов, что стабилизирует L1₂-фазу и улучшает свойства материала в целом. Интересным подходом является легирование жаропрочных сплавов по типу высоко-энтропийных материалов, в этом случае образуется сложно-легированная интерметаллидная фаза. Среди наиболее перспективных в настоящее время рассматривают мультикомпонентные сплавы на основе интерметаллида типа (Ni,Co)₃(Al,Ti,Nb), дополнительно легированные тугоплавкими элементами, бором и цирконием. Однако, несмотря на значительный интерес в зарубежной литературе к таким сплавам, в России подобных исследований нами не обнаружено, фундаментальное понимание связи микроструктуры и механических свойств в ХСИС отсутствует. Большинство публикаций ограничиваются бинарными/тройными системами или эмпирическим подбором составов. А также, неизвестно влияние распределения 5–6 элементов по A/B-подрешёткам L1₂ на энергию антифазных границ, влияние многокомпонентной сегрегации на границах зёрен (Cr, Al, Ti) на прочность и пластичность, и как эволюционируют механические свойства сплавов в диапазоне 20–1100 °C. Цель проекта – разработка, получение и исследование нового класса химически сложных жаропрочных интерметаллических сплавов (ХСИС, Al-Co-Cr-Fe-Ni-Ti/Nb,Ta) на основе многокомпонентной фазы с упорядоченной структурой L1₂. Проект предлагает новый интегрированный подход к решению обозначенной проблемы. Впервые предлагается использовать методы машинного обучения (ML-прогнозирование) и экспериментальную валидацию для целенаправленного проектирования упорядоченных многокомпонентных интерметаллидных сплавов на основе фазы с L1₂-структурой. Для экспериментального подтверждения будут использованы: дуговая и индукционная плавка; метод аддитивного производства WAAM; методы структурного анализа (РФА, СЭМ/EBSD/EDS, ПЭМ высокого разрешения); механические испытания при комнатной и повышенных температурах; ДСК; испытания на окисление. Таким образом, тема предлагаемого проекта не только отвечает вызовам современной науки о материалах, но и создаёт основу для технологического прорыва в создании нового поколения жаропрочных конструкционных материалов, способных обеспечить конкурентоспособность отечественных разработок на мировом уровне.

Ожидаемые результаты
В проекте впервые будут разработаны составы многокомпонентных ХСИС сплавов (Al-Co-Cr-Fe-Ni-Ti) на основе многокомпонентной интерметаллидной фазы с L1₂-структурой с помощью интегрированного подхода, сочетающего ML-прогнозирование и экспериментальную валидацию для целенаправленного проектирования. Впервые будут установлены количественные связи между многокомпонентным составом класса ХСИС (Al-Co-Cr-Fe-Ni-Ti), микроструктурой и комплексом механических свойств в широком температурном диапазоне. В результате выполнения проекта будут получены следующие ключевые результаты: -С использованием ML-модели машинного обучения будет спрогнозировано существование области стабильности L1₂-фазы в многокомпонентных ХСИС системы Al-Co-Cr-Fe-Ni-Ti. -Будут получены термодинамические карты стабильности упорядоченной многокомпонентной фазы с L1₂ структурой в системе Al–Co–Cr–Fe–Ni–Ti. -Будет получен ряд новых сплавов класса на основе химически сложных интерметаллидов с упрочняющей фазой (Ni,Co,Fe)₃(Al,Ti) с L12 структурой. -Будут установлены количественные корреляции между химическим составом – атомной структурой (распределением по подрешеткам) – микроструктурой – механическими/функциональными свойствами для нового класса химически сложных интерметаллических сплавов. -Полученные в проекте результаты могут быть использованы для разработки базы данных новых жаропрочных сплавов. Предлагаемые в рамках данного проекта решения научной проблемы создания новых конструкционных жаропрочных материалов соответствует мировому уровню фундаментальных исследований в области материаловедения. Результаты позволят перейти от эмпирического подбора химического состава сплавов к предсказуемому дизайну жаропрочных сплавов на основе состава и микроструктурных параметров. Разработанные новые составы ХСИС имеют прямой потенциал применения в высокотехнологичных отраслях экономики. В авиа- и ракетно-космическая промышленности - это создание лёгких, жаропрочных деталей ГТД и ЖРД, работающих при температурах выше 1000 °C, что повысит КПД двигателей, снизит расход топлива и увеличит ресурс изделий. Применение в энергетике таких материалов возможно в турбинах наземных энергетических установок, в том числе в условиях водородной энергетики, где важны высокая термостойкость и коррозионная стойкость. В машиностроении - возможность изготовления сложных охлаждаемых структур, недоступных традиционными методами литья или механической обработки Внедрение результатов проекта позволит отечественным предприятиям (ОДК, Ростех, Росатом и др.) сократить зависимость от импортных жаропрочных материалов и технологий, повысить конкурентоспособность продукции и создать новые высокотехнологичные рабочие места.