Регистрация / Вход
Прислать материал

«Разработка вы-
сокопрочных, износостойких композиционных материалов и высокотемпера-
турных сверхпроводящих керамик с улучшенными характеристиками сверх-
проводимости для авиации, энергетики и транспорта»

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0128
Организация
ИПСМ РАН
Руководитель работ
Мулюков Радик Рафикович

Информация отсутствует

Соисполнители

Организация
ФГБОУ ВО "УГАТУ"

Этапы проекта

1
15.06.2009 - 01.12.2009
Объектом работы является разработка методов получения композитов на основе магниевых сплавов, упрочненных волокнами углерода, объемного композиционного высокотемпературного сверхпроводящего (ВТСП) материала на основе Y123 и антифрикционных композиционных покрытий для трибосопряжений.
Цель работы – получение наноструктурных листов титанового сплава и разработка метода соединения магниевого и титанового сплавов, получение ультрамелкозернистых (УМЗ) порошков Y123 для синтеза ВТСП композитов, определение составов электролитов для нанесения антифрикционных композитных покрытий.
Доказана принципиальная возможность и целесообразность получения деталей газотурбинных двигателей из композита системы магний-углерод в оболочке из наноструктурного титанового сплава ВТ6. Разработаны режимы получения листов из наноструктурного титанового сплава ВТ6 толщиной 0,1-0,3 мм методом изотермической прокатки в состоянии низкотемпературной сверхпластичности. Изучены механические свойства этих листов при комнатной и повышенной температурах. Показано, что при комнатной температуре прочностные характеристики листов на 30 % превосходят стандартные значения. При этом сплав обладает сверхпластичностью при 600-700 С (тогда как мелкозернистый сплав при 900 С), что позволяет проводить формовку деталей при температуре инфильтрации композита. Изучена и доказана возможность соединения магниевого и титанового сплавов, разработан метод соединения с прочностью на уровне прочности магниевого сплава (предел прочности на сдвиг 167 МПа). В качестве материала матрицы наиболее целесообразно использовать сплавы типа МЛ5 или AZ91. Изучена кинетика окисления и газонасыщения наноструктурных листов титанового сплава ВТ6 в условиях низкотемпературной сверхпластичности. Установлено, что за время формовки оболочки и инфильтрации композита при температурах 600-700 С глубина газонасыщенного слоя не превышает 35 мкм. Следовательно, все технологические операции можно проводить без защитной атмосферы с последующей легкой зачисткой поверхности.
Новизна предлагаемого подхода к разработке композита магний-углерод по сравнению с другими подходами заключается в том, что для его защиты от коррозии и эрозии используется оболочка из наноструктурного титанового сплава.
Исследована возможность получения однофазного ультрамелкозернистого порошка Y123 путем термического разложения нитритно-нитратного и нитритно-ацетатного прекурсоров YBa2CuОx. Установлено, что при соответствующем подборе режима термообработки оба прекурсора позволяют получить около 90% фазы Y123 с размером частиц Y123 субмикронного диапазона. Разработан способ синтеза высокодисперсного оксида BaCuO2 – одного из компонентов эвтектики в системе BaCuO2-CuO. Проведена оптимизация режимов деформации кручением под давлением (температура, скорость, степень деформации) керамики Y123. Найден режим деформации, позволяющий получить базисную компоненту текстуры на уровне F=0,97 в периферийной части образца. Установлено, что в результате деформации вблизи точки инконгруэнтного плавления формируется текстура биаксиального типа, в которой оси (001) зерен ориентируются параллельно оси сжатия, а оси <210> и <310> ориентируются вдоль (и поперек) радиусов образца.
Новизна подхода к разработке ВТПС керамических материалов заключается в том, что сильно текстурированный ультрамелкозернистый объемный ВТСП материал получается методом деформации путем кручения образцов под давлением.
Подобраны составы электролитов для нанесения электролитических покрытий сплавов систем Pb-Sn, Sn-Cu, Pb-Sn-Sb, Pb-Sn-Сu, Sn-Sb-Cu, применяемых в трибосопряжениях. Выявлены перспективные покрытия с лучшим сочетанием антифрикционных свойств и износостойкости для использования в подшипниках скольжения и других сопрягаемых элементах оборудования энергетики, судостроения и железнодорожного транспорта. Разработаны составы электролитов для перспективных покрытий из сплавов систем Sn-Cu, Sn-Sb-Cu, обладающих повышенной износостойкостью в сочетании с высокими антифрикционными свойствами, в том числе для электрохимического осаждения совместно с ультрадисперсным порошком оксидокерамики Al2O3*SiO2*Cr2O3*K2O в качестве дополнительной армирующей фазы для получения композиционных покрытий. Подготовлены образцы для проведения испытаний покрытий на износ.
Развернуть
2
01.01.2010 - 15.06.2010
Объектом работы является разработка методов получения композитов на основе маг-ниевых сплавов, упрочненных волокнами углерода, объемного композиционного высоко-температурного сверхпроводящего (ВТСП) материала на основе Y123 и антифрикционных композиционных покрытий для трибосопряжений.
Цель работы – оптимизация режимов твердофазной сварки наноструктурных листов титанового сплава в режиме низкотемператруной сверхпластичности, выяснение особенно-стей тонкой структуры деформированных образцов керамики Y123 и разработка защитно-смазочных покрытий с ультрадисперсными наполнителями.
Получено надежное соединение тонких листов наноструктурного титанового сплава ВТ6 сваркой давлением при температуре 700С (против обычных 900С), что позволяет со-хранить ультрамелкозернистую структуру сплава, однородную в сварном шве, околошовной зоне и в основном материале, и тем самым обеспечить равнопрочность всех зон изделия на высоком уровне. Воздействие температуры 700С в течение 60 мин приводит к незначитель-ному снижению прочностных свойств исходно наноструктурного титанового сплава ВТ6, но полностью устраняет остаточные напряжения и существенно повышает пластические свой-ства сплава.
Показано, что преодолеть проблему отсутствия смачивания волокон углерода распла-вом магниевого сплава и добиться полноценной инфильтрации композита можно за счет подбора технологического режима – температуры и давления. Предпочтительно создавать давление расплава внутри оболочки с помощью пресса, что позволяет изменять его в широ-ких пределах и, одновременно с инфильтрацией композита, выполнять формовку детали, а также обеспечить прочную связь композита с оболочкой. Экспериментально установлен и обоснован оптимальный режим инфильтрации для магниевого сплава AZ91. Разработана опытная методика вакуумной пропитки композита под давлением с помощью прессового оборудования, изготовлена оснастка, проведены эксперименты.
Новизна работы заключается в значительном снижении температуры сварки давлени-ем за счет использования наноструктурного титанового сплава.
Исследована тонкая структура деформированных образцов керамики Y123. Установ-лено, что содержание и размер частиц Y211 стабильны при деформации вплоть до Тд=1000оС. Частицы Y211 имеют равноосную форму и располагаются преимущественно на границах зерен и в тройных стыках. Плотность дислокаций сильно зависит от температуры деформации и изменяется в пределах 108-1011 см-2. Частицы Y211 формируют вокруг себя устойчивые дислокационные скопления, поэтому для накопления высокой плотности дисло-каций при деформации вблизи температуры плавления целесообразно использовать состоя-ния с высоким содержанием фазы Y211. При восстановительном отжиге формирование сверхпроводящей орто-1 фазы в деформированных образцах замедлено в отличие от неде-формированного образца. При одинаковом содержании кислорода в деформированных об-разцах параметры решетки выше, чем в исходных, а узловая точка тетра-орто фазового пре-вращения смещена на 50оС в сторону более низких температур. В деформированных образ-цах в зависимости от содержания кислорода объем элементарной ячейки может быть увели-чен вплоть до 0,86%. Рекристаллизационный отжиг приводит к выравниванию параметров решетки и объема элементарной ячейки в обоих состояниях
Новизна полученных результатов заключается в том, что впервые определен темпера-турный диапазон стабильности фазы Y123 в условиях интенсивной горячей пластической деформации и определены количественные характеристики дефектной структуры в зависи-мости от температуры деформации. Кроме того, впервые измерена зависимость параметров решетки деформированной керамики Y123 от содержания кислорода.
Разработан защитно-смазочный материал на основе тонкодисперсного порошка меди и показана эффективность его использования при горячей деформации металлов и сплавов в интервале температур 700 – 1000оС.
Разработаны режимы электрохимического осаждения антифрикционных покрытий Sn-39.4%Sb-14.7%Cu, Сu38,1-Sn и Sn-9%Cu-1%Al2O3*SiO2*Cr2O3*K2O. По критерию износо-стойкости выбраны покрытия Sn-39.4%Sb-14.7%Cu и Sn-9%Cu-1%Al2O3*SiO2*Cr2O3*K2O.
Развернуть
3
16.06.2010 - 01.12.2010
Спроектирована опытная оснастка для прокатки листов, сварки и формовки оболо-чек, пропитки композита. Получены образцы с острой базисной текстурой (полуширина кривой качания не хуже 5-7о) и размером зерен/ фаз в субмикро- нанометрическом диапазоне. Изготовлена опытная оснастка для про-катки листов. Исследованы защитно-смазочные покрытия с ультрадисперсными наполнителями.
Развернуть
4
02.01.2011 - 15.06.2011
1) Изготовление оковки передней кромки
для лопаток из углепластика в количестве,
необходимом для проведения стендовых
испытаний.
2) Расчет оптимального содержания воло-
кон в композите по критериям прочности и
коэффициентов теплового расширения и
изготовление образцов композита системы
М§-С в оболочке из высокопрочных тита-
новых сплавов и испытание их прочност-
ных свойств.
3) Испытание прочностных свойств образ-
цов композита системы М§-С в оболочке
из высокопрочных титановых сплавов.
4) Проведение экспериментов по восста-
новлению кислородной стехиометрии де-
формированных образцов. Установление
взаимосвязи степени тетра-орто фазового
превращения с размером зерен и плотно-
стью дислокаций. Подбор оптимальных
режимов накислораживающего отжига с
целью получения наилучших параметров
сверхпроводящего перехода.
5) Изготовление образцов композита сис-
темы Мg-С в оболочке из высокопрочных
титановых сплавов
6) Разработка технологии формирования
антифрикционных покрытий для подшип-
ников скольжения
Развернуть
5
16.06.2011 - 15.10.2011
1) Обобщение результатов, подача заявки
на патент, технико-экономическая оценка
результатов
2) Измерение сверхпроводящих свойств
(параметры сверхпроводящего перехода
(плотность критического тока, энергия ак-
тивации пиннинга магнитного потока) в
широком диапазоне температур и магнит-
ных полей (Т=4,2-77К, Н=0-9 Тл). Иссле-
дование механических свойств. Получение
опытных образцов композитов с наилуч-
шими сверхпроводящими и механически-
ми свойствами
3) Разработка программы внедрения ре-
зультатов НИР в образовательный процесс
4) Изготовление макета (уменьшенной ко-
пии) лопатки ГТД из композита системы
Мg-С в оболочке из высокопрочных тита-
новых сплавов в количестве не менее 3 шт.
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Функциональные керамические и композиционные материалы 1. Разработка технологических основ формирования износостойких покрытий с наночастицами алмаза. 2. Исследование морфологических характеристик и химического состава поверхности керамических кальций-фосфатных покрытий на титане ВТ 1-0 медицинского назначения. 3. Исследование структуры нитридов циркония. 4. Исследование свойств и принципов структурирования мезопористых материалов на основе оксида алюминия. 5. Исследование структуры и свойств порошков и тонких пленок на основе диоксида титана. 6. Механическая и лучевая прочность лазерных наноструктурированных керамик на основе CaF2. 7. Получение и исследование физико-химических свойств тонких нанокристаллических пленок TiO2 на проводящих подложках. 8. Ионная подвижность в фосфатах со структурой NASICON и твердых полимерных электролитах. 9. Структура нанокристаллических порошков оксидов металлов и керамики на их основе для атомной энергетики. 10. Синтез гетероструктур на основе пленок ниобата лити
Продолжительность работ
2011, 5 мес.
Бюджетные средства
1,8 млн
Организация
ФГБОУ ВО "ВГУ"
профинансировано
Тема
Развитие сырьевой базы и создание нового поколения вольфрамсодержащих твердых сплавов с улучшенным сочетанием твёрдости, износостойкости, прочности, трещиностойкости и повышенными служебными характеристиками.
Продолжительность работ
2013, 8 мес.
Бюджетные средства
40 млн
Количество заявок
14
Тема
Организационно-техническое обеспечение проведения всероссийской конфференции с элементами научной школы для молодежи "Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики"
Продолжительность работ
2009, 4 мес.
Бюджетные средства
0,7 млн
Количество заявок
1
Тема
Металлооксидные композиционные покрытия для защиты от коррозии и повышения износостойкости конструкционных материалов.
Продолжительность работ
2009 - 2010, 12 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Количество заявок
4
Тема
Разработка научно-технических основ повышения эффективности и улучшения маневренных и экологических характеристик газотурбинных установок (ГТУ) малой и средней мощности
Продолжительность работ
2013, 8 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
11
Тема
Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований по разработке методов создания износостойких композиционных материалов.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 21 мес.
Бюджетные средства
30 млн
Количество заявок
37