Молодой ученый Томского государственного университета Кирилл Акимов улучшает прочность композиционных материалов на основе интерметаллида Ni3Al (алюминид никеля) и интерметаллических сплавов для эксплуатации материалов при температурах более 1 000°C. Разработку можно использовать для производства деталей турбокомпрессоров и двигателей внутреннего сгорания, лопаток турбин реактивных двигателей, теплообменников, микрореакторов и других комплектующих.

«Как правило, научные группы, в том числе в Китае, описывают свойства материала при эксплуатационных температурах до 1 000°С. Но мы уже в одном из технологических вариантов смогли поднять значение прочности в 1,5 раза при высших температурах, что говорит о перспективах дальнейших исследований в данном направлении, – рассказал Кирилл Акимов. – Это свойство необходимо во многих областях. Например, в турбинах самолета огромная температура, лопасти крутятся, материал нагревается, происходит деформация, вследствие чего идет разрушение конструкции. А нам нужно, чтобы материал при высокой температуре смог выдержать все нагрузки и прослужить достаточно долго».

Ученый использует порошковую смесь никеля и алюминия и нагревает ее под высоким давлением в прессформе-реакторе. Аспирант отказался от использования свободного горения, чтобы готовый материал не обладал высокой пористостью. У полученных им тестовых образцов почти нулевой показатель пористости. Выбранный метод также сократит время синтеза материала и затраты на его производство.

«Мы хотим улучшить свойства материала таким образом, чтобы он мог работать при высоких нагрузках и температурах до и выше 1 000°C. Известны термомеханические методы обработки материалов, такие как холодная и горячая прокатка. Но в данном случае они не применимы, так как алюминид никеля обладает достаточно высокой хрупкостью и низкой пластичностью. Наш метод – это высокотемпературный синтез интерметаллического соединения с приложением давления на той стадии его образования, когда материал начинает кристаллизоваться после термического взрыва порошковой смеси исходных элементов», – объяснил Кирилл Акимов.

Молодой ученый проведет ряд экспериментов, чтобы изучить свойства полученного образца и оценить возможности увеличения предела прочности при растяжении и сжатии материала в широком диапазоне температур. Кроме того, Кирилл опишет, как на образец влияют различные временные и термосиловые параметры на стадии синтеза материала – величина давления, время задержки включения пресса и другие. Итогом работы станет получение методом синтеза под давлением образцов интерметаллических сплавов и композиционных материалов с повышенными прочностными свойствами в широком диапазоне температур испытаний.

Исследование ведет аспирант кафедры прочности и проектирования ФТФ ТГУ Кирилл Акимов, его научным руководителем является профессор ТГУ, доктор физико-математических наук Сергей Кульков. Синтез и проведение исследований проводится в лаборатории композиционных материалов ИФПМ СО РАН под руководством главного научного сотрудника, профессора, доктора технических наук Владимира Овчаренко. Проект поддержан грантом РФФИ.

Дата публикации: 12.10.2020 11:19
Дата последнего изменения: 12.10.2020 11:19