Институт Материаловедения ХНЦ ДВО РАН // важнейшие результаты

Основные результаты научных исследований // 2018

Разработаны композиционные материалы Ti₃Al-SiC, и изучена эволюция свойств при длительном воздействии тепловых и механических нагрузок. Определена оптимальная концентрация модифицирующей добавки SiC, которая приводит росту предела прочности на изгиб с 80 до 150 МПа, а также к повышению жаростойкости интерметаллида в 2 раза в условиях изотермического нагрева при 1200С (рис.1 а).

Рис.1. (а) Предел прочности на изгиб образцов с различным содержанием SiC и температурой спекания.

Электроискровые покрытия, осажденные из данного материала на титановый сплав Ti₆Al₄V, по-зволяют уменьшить скорость окисления в 2 раза при высокотемпературной выдержке и скорость износа в 150 раз при продолжительном истирании по сравнению с материалом титановой подложки (рис.1б).

Рис.1.(б) Потери массы образцов титанового сплава Ti₆Al₄V без (1) и с покрытиями (2)Ti₃Al-5%SiC, (3) Ti₃Al-10%SiC, (4) Ti₃Al-15%SiC в зависимости от длины пути трения.

Методами квантово-механических расчетов исследовано сдвиговое раз-рушение в интерметаллидном сплаве γ-TiAl при наличии вакансионных дефектов, а также атомов замещения вольфрама и хрома в узлах кристаллической решетки интерметаллида. Моделирование сдвига осуществлялось в плоскости скольжения (111) в двух направлениях – [110] и . Установлено, что вакансии снижают модуль сдвига в 2-2.5 раза. Однако и хром, и вольфрам, занимая вакансию по титану, частично компенсируют этот дефект, увеличивая сопротивляемость сдвиговому разрушению для системы скольжения (рис.2)

Рис.2. Зависимость полной энергии от величины относительного смещения при сдвиге в γ-TiAl (идеальном и дефектном) вдоль направления [110].

Разработана методика послойного осаждения на силикатные носители фотокаталитических покрытий из висмутатов Bi₂O₃ и SrBi₄O₇. Установлено, что наибольшей активностью в реакции разложения органического красителя – метилена синего (МС) при облучении как ультрафиолетовым, так и видимым светом обладают SrBi₄O7 покрытия, сформированные 3-5 кратным нанесением висмутатного прекурсора. В условиях облучения светом видимого диапазона скорость разложения МС максимальна при использовании 2-3 слойных каталитических покрытий, содержащих 1,2–1,5 масс.% SrBi₄O7 (рис.3).

Рис. 3. Степень превращения метилена синего в реакции разложения при облучении УФ-видимым светом в присутствии силикатов с фотокаталитическими SrBi₄O7 покрытиями в зависимости от количества осажденных слоев.

Получен градиентный твердый сплав с прогнозируемым распределением наноразмерных кристаллов WC от поверхности вглубь образцов. Увеличение концентрации WC до 92% на поверхности сплава приводит к росту твердости до 1980HV при снижении трещиностойкости до 10,3 МПа√м. Градиент свойств обусловлен миграцией кобальта при спекании из поверхностного слоя (WC_-15Co_-0.4VC_-0.4Cr₃C₂) в слой с недостатком углерода. Распределение кобальта не изменяется при повышении температуры спекания с 1350°С до 1410°С, что позволяет снизить пористость с 7% до 2% и получить твердый сплав, пригодный для практического применения в качестве режущего инструмента.

Исследован процесс формирования электроискровых покрытий на углеродистой стали градиентными электродными материалами на основе карбида вольфрама с постепенным возрастанием кобальта в составе от 8 % до 10 %, а также добавками карбидов хрома и ванадия. Установлено, что добавки в анодные материалы W-Co_+0,4Cr₃C_2+0,4VC и W-Co_+0,4VC-0,4Cr₃C_2+0,4C значительно повышают суммарный привес катода и коэффициент массопереноса при ЭИЛ углеродистой стали. Полученные полиноминальные уравнения линий тренда изменения суммарного привеса катода в зависимости от длительности времени показывают улучшение кинетических показателей формирования ЛС при использовании новых анодных материалов по сравнению со стандартным твердым сплавом.

Высокотемпературные (до 900 °C) циклические испытания в воздушной среде образцов сталей 20Х13 и 30 с электроискровыми интерметаллидными покрытиями на основе NiAl и Ni₃Al показали, что они обладают более высокой жаростойкостью (от 5 до 20 раз) по сравнению со стальной основой. Жаростойкость покрытий может быть улучшена за счет повышения их сплошности. Разработанные покрытия характеризуются высокой адгезией к основе в условиях α – γ превращений и могут быть рекомендованы в качестве защитных слоев для лопаток (сталь 20Х13) низкотемпературного (до 500 °C) тракта газотурбинных установок.

Получены каталитические покрытия молибдата меди на брикетированном пористом диоксиде титана и титаната калия на оксидированной поверхности титана. Показано, что композит K₂Ti₂O₅+K₂Ti4O₉/TiO2/TiO2+SiO₂/Ti обладает высокой способностью к окислению дизельной сажи, устойчив к адгезионному и когезионному разрушению, термоудару и действию каталитических ядов. Минимальный температурный интервал окисления сажистого углерода в диапазоне 300-450 ºС достигается для композита CuMoO₄/TiO₂, полученного двухкратным нанесением активного слоя на подложку. Полученные образцы показали высокую устойчивость к воздействию ингибиторов (SO₂, H₂O), механических нагрузок и высоких температур.