Молодой ученый создает новые защитные материалы из металла и керамики

Ученый Южно-Уральского государственного университета Андрей Аникеев занимается созданием уникальных композиционных материалов. Они будут обладать высокой прочностью и найдут применение в металлургии, машиностроении и оборонной промышленности. Научный проект молодого исследователя был поддержан Грантом Президента Российской Федерации.

Над созданием новых композитов работают специализированные лаборатории и научные коллективы по всему миру. Актуальность данного направления обусловлена тем, что композиты представляют собой высокопрочные и надежные материалы, которые могут использоваться для создания деталей самолетов и ракет, в автомобилестроении, строительстве и других областях.

«Материалы с высоким сопротивлением локальным ударным воздействиям по внутреннему строению могут быть как гомогенными (т.е. однородными по химическому составу и строению) и гетерогенными (иметь неоднородный химический состав). В настоящий момент применяются и гомогенные, и гетерогенные материалы. Несмотря на широкое применение, гомогенные материалы проигрывают гетерогенным по стойкости, поэтому ученые по всему миру занимаются созданием нового гетерогенного материала. Наиболее перспективным подходом, по моему мнению, является внедрение порошковых керамических частиц различного состава и дисперсности в металлическую матрицу с целью построения структуры, не имеющей четкой границы раздела слоев. Это позволит увеличить механические свойства нового материала, который также будет обладать свойствами, характерными для вводимых частиц» ,  — рассказывает автор проекта, кандидат технических наук, доцент Андрей Аникеев .

Фото: Кандидат технических наук, доцент Андрей Аникеев

В числе недостатков двухслойных гомогенных материалов также отсутствие взаимодействия между компонентами, что означает высокую вероятность их разрушения по границе раздела слоев. К тому же подобные материалы не всегда получаются конструкционными в силу их неоднородности. Другими недостатками являются необходимость специального дорогостоящего оборудования и высокая стоимость таких материалов.

Ученые Южно-Уральского государственного университета занимаются созданием композиционных материалов, основанных на взаимодействии металлической матрицы с керамическими наполнителями, которые будут обладать невыраженной границей раздела слоев. Особенность новых сталей состоит в том, что вводимые дисперсные микрочастицы встраиваются в кристаллическую решетку формируемого материала, увеличивая количество центров кристаллизации, что и ведет к значительному увеличению механических свойств, а также увеличивает удельную плотность материала.

Второй особенностью является неравномерное распределение этих микрочастиц в объеме металла. В результате металл приобретает дополнительные свойства. Так, например, за счет частиц можно сформировать внешний слой металла высокой твердости и более вязкий внутренний слой. При этом это будет материал без границы раздела слоев, по которому обычно происходит разрушение.

Фото: Макроструктура двух образцов с различными типами частиц и различным количеством частиц

На данный момент в рамках проекта учеными проделана большая работа. Так, было проведено исследование взаимодействий вводимых частиц и металлического расплава с помощью программного комплекса FactSage с использованием различных баз данных. Кроме того, усовершенствована компьютерная модель, позволяющая прогнозировать особенности распределения керамических частиц по объему получаемой заготовки, а также получены экспериментальные образцы, которые детально исследованы на изменение микроструктуры и механические свойства.

В настоящее время научным коллективом разрабатываются режимы термообработки и пластической деформации, которые помогут обеспечить наибольшее сопротивление защитного материала локальным воздействиям. Проведенные исследования уже на данном этапе показали, что предложенным методом получится изготовить гетерогенный материал высокого качества, который будет обладать различными свойствами.