Разработка методов получения наноструктурированных метал-матричных (на основе алюминия и его сплавов) композитов с наноуглеродом и исследование их механических свойств

Целью работы на данном этапе было проведение анализа существующих направлений создания кластеров и объемных композитных материалов с нанокластерной структурой (объемных наноматериалов), оценка перспективности различных классов объемных наноматериалов для конкретных применений, обзор основных явлений, которые играют ключевую роль при изготовлении таких материалов, их анализ с точки зрения влияния на эксплуатационные характеристики наноматериалов. Главной задачей такого анализа был выбор направления исследования с целью разработки методов получения наноструктурированных метал-матричных (на основе алюминия и его сплавов) композитов с наноуглеродом. В процессе работы на 1-м этапе сделан обзор публикаций и поведен анализ литературных данных, относящихся к созданию объемных наноструктрированных материалов, проведены патентные исследования, выбрано направление исследований и пути решения поставленных задач..
2. Результаты работы.
В результате выполнения первого этапа работы:
1. Проанализирована научно – техническая литература и нормативно – техническая документация по теме исследований. Показано, что методика высоких давлений и температур является одной из наиболее универсальных для создания объемных наноматериалов
2. В соответствии с ГОСТ 15.011-96 проведен патентный поиск.
3. С учетом п.п.1,2 сформулированы направления решения поставленных задач, определено направление исследований, выбраны и обоснованы способы достижения поставленной цели.

1. Предмет и цель работы
Цель НИР «2007-3-1.3-00-02-057» - Разработка метода и технологии получения наноструктурированных метал-матричных (на основе алюминия и его сплавов) композитов с наноуглеродом. Исследование их механических свойств.
Работы по 2 этапу государственного контракта выполнялись в соответствии с ГОСТ 15.101 98 (Порядок выполнения научно-исследовательских работ) ГОСТ 7.32 2001 (Отчет о научно-исследовательской работе, Структура и правила оформления), ГОСТ 15.001 96 (Патентные исследования), ГОСТ 7.1 2003 (Библиографическая запись. Библиографическое описание), ГОСТ 2.102 68 (Виды и комплектность конструкторских документов).
2. Результаты работ
На 2 этапе работ были проведены дополнительные патентные исследования с целью оценки технического уровня разрабатываемых в рамках контракта подходов к разработке метал-матричных наноструктурированных материалов.
Разработана рабочая гипотеза и построена модель объекта исследования (наноструктурированных материалов на основе алюминиевых сплавов и их кластерных соединений с наноуглеродом), в том числе было проведено:
- теоретическое обоснование максимального требуемого диаметра упрочняющих наноалмазных частиц;
- теоретическое определение необходимых характеристик добавок НА для рассматриваемых композитов.
Определена общая методика экспериментальных исследований. Выбранная методика работы предполагает использование метода высокоэнергетической обработки, позволяющего диспергировать исходные компоненты вплоть до наноразмеров, и проводить смешивание нанокомпонент.
Определена номенклатура технической документации на экспериментальные образцы. В соответствии с разработанной номенклатурой технической документации были изготовлены экспериментальные образцы.
4 Выводы
В результате работ по 2 этапу государственного контракта разработан универсальный подход к получению объемных ММК на основе использования высоких давлений и температур с предварительной механоактивацией компонент. Определены характеристики армирующего наноуглерода-наноалмаза. Изготовлены экспериментальные образцы метал-матричных композитов. Работы по 2 этапу по государственному контракту от 01 августа 2007 г. № 02.513.11.3350 (Шифр 2007-3-1.3-00-02-057) выполнены в полном объеме в соответствии с техническим заданием и календарным планом.

На 3 этапе работ были проведены дополнительные патентные исследования с целью оценки технического уровня разрабатываемых в рамках контракта подходов к разработке метал-матричных наноструктурированных материалов.
Проведено уточнение разработанной на предыдущих этапах рабочей гипотезы и коррекция модели объекта исследования (наноструктурированных материалов на основе алюминиевых сплавов и их кластерных соединений с наноуглеродом).
Составлена программа и разработаны методики экспериментальных исследований. Выбранный метод изготовления экспериментальных образцов предполагает использование метода высокоэнергетической механической обработки, позволяющего диспергировать исходные компоненты вплоть до наноразмеров, и проводить смешивание нанокомпонент.
В соответствии с разработанной при выполнении 2-го этапа работ номенклатурой технической документации были изготовлены экспериментальные образцы.
На основе данных, полученных при испытаниях экспериментальных образцов метал-матричных композитов на основе алюминиевой матрицы и наноуглерода (фуллерена и наноалмаза) в качестве армирующей добавки проведено сопоставление экспериментальных данных с выводами гипотез и результатами расчетов.
4 Выводы
В результате работ по 3 этапу государственного контракта развит и применен универсальный подход к получению объемных ММК на основе использования высоких давлений и температур с предварительной механоактивацией компонент. Изготовлены экспериментальные образцы метал-матричных композитов и исследованы их физико-механические свойства.
Работы по 3 этапу по государственному контракту от 01 августа 2007 г. № 02.513.11.3350 (Шифр 2007-3-1.3-00-02-057) выполнены в полном объеме в соответствии с техническим заданием и календарным планом.

На отчетном, заключительном этапе проведено обобщение результатов, полученных на предыдущих этапах выполнения работы. Сделана оценка полноты решения задач и эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем. Проведены дополнительные исследования. Проведены патентные исследования. Сделана метрологическая проработка технологического процесса изготовления образцов и измерения их характеристик. Проведена оценка возможности создания конкурентно-способной продукции и услуг и разработка рекомендаций по использованию результатов проведенных НИР. Сформулированы технические требования для технического задания на ОКР.
2.2. В процессе выполнения работы:
- проведен анализ существующих направлений создания наноструктурированных метал-матричных композитов, оценена перспективность различных классов объемных наноматериалов для конкретных применений, сделан обзор основных явлений, которые играют ключевую роль при изготовлении таких материалов;
- разработана рабочая гипотеза и построена модель объекта исследования, в том числе было проведено:
- теоретическое обоснование максимального требуемого диаметра упрочняющих наноалмазных частиц;
- теоретическое определение необходимых характеристик добавок наноалмаза для рассматриваемых композитов.
- разработаны методики экспериментальных исследований, требования к подготовке экспериментальных образцов к исследованиям;
- изготовлены серии экспериментальных образцов метал-матричных композитов;
- изучены структура и механические свойства образцов объемных наноструктурированных конструкционных материалов;
- рассмотрено влияние способов синтеза метал-матричных композитов на их эксплуатационные характеристики;
- сделан краткий обзор потребности в новых материалах. Оценены перспективы использования наноструктурированных метал-матричных композитов с углеродными кластерами.
В итоге разработан универсальный подход к получению объемных материалов с наноструктурой на основе использования предварительной высокоэнергетической механической обработки с последующей консолидацией с применением высоких давлений, пластической деформации и нагрева. Было показано, что методика высоких давлений и температур является одной из наиболее универсальных для создания объемных наноматериалов