Аспирант ФТФ ТГУ Кирилл Акимов улучшает прочность композиционных материалов на основе интерметаллида Ni3Al (алюминид никеля) и интерметаллических сплавов для эксплуатации материалов при температурах более 1000 градусов Цельсия. Эта разработка востребована в промышленности, где рабочие температуры очень высоки, – для производства деталей турбокомпрессоров и двигателей внутреннего сгорания, лопаток турбин реактивных двигателей, теплообменников, микрореакторов и других комплектующих.
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.
– Как правило, научные группы, в том числе в Китае, описывают свойства материала при эксплуатационных температурах до 1000°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.
Исследователь использует порошковую смесь никеля и алюминия и нагревает её под высоким давлением в прессформе-реакторе. Аспирант отказался от использования свободного горения, чтобы готовый материал не обладал высокой пористостью, и уже полученные им тестовые образцы обладают почти нулевым показателем пористости. Кроме того, выбранный метод 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 1000°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, – объяснил Кирилл Акимов. – Наш метод – это высокотемпературный синтез интерметалличекого соединения с приложением давления на той стадии его образования, когда материал начинает кристаллизоваться после термического взрыва порошковой смеси исходных элементов.
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, аспирант 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.