Регистрация / Вход
Прислать материал

14.587.21.0019

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.587.21.0019
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет"
Название доклада
Научные основы технологии синтеза и применения нового класса лигатур для производства нанокомпозитов на основе легких сплавов для их использования в авиакосмической и транспортной отраслях
Докладчик
Хрусталёв Антон Павлович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель исследования – разработка научных основ надежной и воспроизводимой технологии изготовления легких композитных материалов для аэрокосмической и автомобильной отраслей, основанных на инновационном подходе использования оригинальных лигатур и внешних полей в совокупности с детализированным физико-математическим моделированием процесса.
Актуальность и новизна исследования
Металлургическая промышленность является одним из крупнейших секторов мировой экономики. Производство первичных металлов, производство сплавов, дальнейшая обработка металлов и металлических изделий, а также повторная переработка металлов в целом составляют 46% объема производства в ЕС и 11% валового внутреннего продукта (ВВП). Ежегодно, с учетом дополнительных факторов, эта область экономики и производства оценивается около 1,5 триллионов Евро в ЕС (по статистике Всемирной торговой организации и Международной федерации металлистов).
В настоящее время чрезвычайно актуальными являются разработка и реализация новых подходов для получения легких сплавов с повышенными эксплуатационными характеристиками, поиск путей их оригинального применения, а также использование наноструктурных легких материалов при создании новых видов научно-технической продукции в авиакосмической и транспортной отраслях, обладающих не только повышенными прочностными и эксплуатационными характеристиками, но и обеспечивающих повышенную энергоэффективность и пониженную экологическую нагрузку на окружающую среду.
Применение новых технологий при выплавке легких сплавов отечественного производства (алюминий марок АК7, АК9, АК12, магний МЛ5, МЛ9, МЛ12) даёт возможность масштабирования применения инновационных решений для получения высокопрочных сплавов.
Описание исследования

В настоящей работе использовлся инновационный подход введения частиц в расплав с помощью нового типа лигатур.

Разработаны новые технологические подходы получения лигатур из порошковых смесей:

  • ударно-волновым компактированием порошковых смесей в металлических ампулах.

В ампулы помещалась механоактивированная смесь микроразмерного порошка алюминия и компонентов-упрочнителей: диборида титана, оксида алюминия, нитрида алюминия. Результатом взрывного воздействия на ампулы, содержащие порошковую шихту являлись плотные материалы на основе алюминия, содержащие равномерно распределенные наноразмерные неметаллические частицы;

  • экструзией порошковых смесей в металлических ампулах (смесь микроразмерного порошка алюминия и компонентов-упрочнителей: диборида титана, оксида алюминия, нитрида алюминия.

Лигатуры вводились в расплав при литье изделий из алюминиевого или магниевого сплава с одновременным воздействием вибрации и ультразвукового поля.

В проекте разработана новая технология обработки жидких металлов при помощи внешних воздействий. Эти технологии позволяют коренным образом изменить подход к управлению микроструктурой металлических сплавов.

На всех этапах научного исследования (от синтеза наночастиц до конечного продукта – легкого сплава) проводилось всестороннее изучение свойств полученных материалов (частицы, лигатуры и лёгкие сплавы) с использованием передовых методов физического материаловедения (электронная и оптическая микроскопия микроскопия, рентгеноструктурны и рентгенофазовый анализ, механические испытания, и др.)

Результаты исследования

В результате выполнения проекта разработано:

  • комплекс прототипов технологий по производству двух оригинальных видов лигатур для алюминиевого и магниевого литья (ударно-волновое компактировани и экструзия);
  • опытно-промышленные регламенты синтеза наноструктурных лигатур методами ударно-волнового компактирования и экструзии с контролируемым содержанием упрочняющих и модифицирующих наночастиц;
  • комплекс прототипов технологических решений по обработке жидких металлов при помощи внешних полей (ультразвук, вибрация и их комбинация) с интенсивным перемешиванием, позволяющие производить отливки из лёгких сплавов.

Кроме этого, получены следующие результаты:

  • алгоритмы, физико-математические модели и результаты моделирования процессов введения лигатур и их распределения в расплаве при воздействии внешних полей;
  • алгоритмы, физико-математические модели и результаты моделирования формирования компакта (лигатуры) при ударно-волновом воздействии на ампулу, содержащую смесь микроразмерных и наноразмерных порошков;
  • В систематизированном виде получены зависимости структуры и свойств сплавов алюминия и магния от типа лигатур и параметров обработки расплава. На основе полученных данных могут быть составлены технические условия получения лёгких сплавов.
Практическая значимость исследования
Результаты проведённых исследований позволят расширить спектр существующих методов за счет использования внешних воздействий и введения наночастиц в процессе литья и кристаллизации. Металлургическая и обрабатывающая промышленность получит недорогую технологию обработки металлических расплавов, которая позволит более эффективно контролировать размер зерен, пористость, сегрегацию, процесс заливки форм, а также создавать инновационные материалы. Полученные результаты, прежде всего, ориентированы для использования в ракетно-космической технике, автомобильной промышленности, железнодорожном транспорте, судостроении, а также в других секторах промышленности, ориентированных на приложения в транспортных системах.
Производство легких материалов на основе алюминия и магния с широким спектром улучшенных свойств обеспечит возможность использования новых элементов и конструкций с повышенным запасом прочности, существенно повышающих энергоэффективность (снижение веса конструкций транспортных средств, снижение материалоемкости при производстве электрических проводов и т.п.), безопасность потребителя.