Исследование сверхтвердых материалов на основе AlMgB14

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-79-10042

НазваниеИсследование сверхтвердых материалов на основе AlMgB14

Руководитель Жуков Илья Александрович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" , Томская обл

Конкурс №41 - Конкурс 2019 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий

Ключевые слова Керамика, трение, износ, твердость, композиционный материал, высокотемпературный синтез, структура, свойства, фазовый состав, порошки, прочность

Код ГРНТИ81.09.03

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект является развитием темы «Разработка и исследование сверхтвердой, «скользкой» керамики на основе AlMgB14», поддержанной РНФ в рамках инициативных исследований молодых ученых Президентской программы. Цель настоящего проекта – провести систематические исследования сверхтвердых материалов на основе AlMgB14, известных также как BAM (англ. аббревиатура) БАМ (бор – алюминий – магний). Отличительной особенностью этих материалов является высокая твердость, которая может достигать (в том числе с добавками других соединений) 51 ГПа – по твердости БАМ уступает лишь алмазу и нитриду бора. При этом материалы на основе БАМ обладают аномальным коэффициентом трения ~ 0.02 (у тефлона коэффициент трения составляет 0.04 – 0.1 а у хорошо смазанной стали – не менее 0.16). Практическое применение разрабатываемых материалов в качестве конструкционных материалов и покрытий для подвижных частей позволит существенно повысить энергоэффективность машин, снизить шумность, что, в свою очередь, является актуальным в машиностроении: например, для уменьшения шума подводных лодок. Кроме того, указанные материалы благодаря малой плотности и высокой твёрдости могут найти практическое применение в качестве материалов для средств бронезащиты. С 2017 г. по настоящее время в рамках инициативного проекта РНФ разработаны научно-технологические подходы по синтезу отечественного аналога БАМ, проведены исследования структуры, фазового состава и механических свойств полученных материалов. Значимым результатом выполнения инициативного проекта является оригинальный способ получения AlMgB14, заключающийся в использовании интерметаллического порошка Al-Mg в качестве исходного прекурсора для получения БАМ. Такой способ позволяет более эффективно проводить изготовление поликристаллических материалов, фазовый состав которых представлен преимущественно AlMgB14. Исследования показали, что получаемые материалы обладают высокой твердостью (~32 ГПа) и коэффициентом трения менее 0.07. В настоящий момент определены основные трудности, связанные с разработкой и исследованием материалов на основе БАМ, на решение которых направлен настоящий проект. В проекте будут решаться следующие задачи. Для достижения более высоких показателей свойств будут проводиться исследования в области уменьшения пористости образцов материалов: будут использованы методы искрового плазменного спекания (SPS) и гидростатического прессования порошковых шихт. Для полного понимания механизмов фазообразования будут проводиться исследования кристаллической структуры и фазового состава изучаемых материалов в интервалах температур 700-1000 °С. Будут изучены механические свойства в широком интервале скоростей нагружения и температур, в том числе будут получены данные о механизмах деформации и разрушения материалов на основе AlMgB14 при динамических нагрузках. Также особое внимание в проекте будет уделено углубленному изучению композиционных материалов AlMgB14-TiB2 (вместо TiB2 могут использоваться BN, SiC). Именно такие материалы обладают твердостью 46–51 ГПа. В рамках инициативного проекта показана принципиальная возможность получения композиционных материалов AlMgB14-TiB2 в режиме самоподдерживающегося горения, такой способ является ранее неизученным и энергоэффективным за счет экзотермической реакции титана и бора. Получаемые таким способом композиционные материалы требует детального изучения структуры, фазового состава и физико-механических характеристик, что будет реализовано в настоящем проекте. Для выполнения проекта будут привлечены доктора наук, молодые кандидаты, аспиранты, студенты магистратуры, область интересов которых связана с боридными керамиками.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Жуков И.А., Никитин П.Ю., Ворожцов А.Б., Перевислов С.Н., Соколов С.Д., Зиатдинов М.Х. The use of intermetallic AlxMgy powder to obtain AlMgB14-based materials Materials Today Communications, Vol. 22, P. 1-7, Article number 100848 (год публикации - 2020)
10.1016/j.mtcomm.2019.100848

2. Жуков И., Никитин П., Ворожцов А., Болдин М. Synthesis and Characterization of Ultra-Hard Ceramic AlMgB14-Based Materials Obtained from AlxMgy Intermetallic Powder and Boron Powder by the Spark Plasma Sintering Minerals, Metals and Materials Series, Vol. Characterization of Minerals, Metals, and Materials, P. 313-317 (год публикации - 2020)
10.1007/978-3-030-36628-5_29

3. Никитин П.Ю., Жуков И.А., Матвеев А.Е., Соколов С.Д., Болдин М.С., Ворожцов А.Б. AlMgB14-TiB2 composite materials obtained by self-propagating high-temperature synthesis and spark plasma sintering Ceramics International (год публикации - 2020)

4. Матвеев А.Е., Никитин П.Ю. Горение системы (Al-Mg-14B)-(Ti-2B) в режиме сопряженного самораспространяющегося высокотемпературного синтеза Материалы 58-й Международной научной студенческой конференции 10–13 апреля 2020 г. / Новосиб. гос. ун-т. — Новосибирск : ИПЦ НГУ, 2020, с. 144-144 (год публикации - 2020)

5. Соколов С.Д. Получение механоактивированного порошка сплава Al-Mg Материалы 58-й Международной научной студенческой конференции 10–13 апреля 2020 г. / Новосиб. гос. ун-т. — Новосибирск : ИПЦ НГУ, 2020., с. 150-150 (год публикации - 2020)

6. Никитин П.Ю., Жуков И.А., Матвеев А.Е., Соколов С.Д., Болдин М.С., Ворожцов А.Б. AlMgB14–TiB2 composite materials obtained by self-propagating hightemperature synthesis and spark plasma sintering Ceramics International, Vol. 46, Is. 14, P. 22733-22737 (год публикации - 2020)
10.1016/j.ceramint.2020.06.039

7. Никитин П.Ю., Жуков И.А., Матвеев А.Е. Исследование керамических материалов системы AlMgB14-TIB2, полученных методами порошковой металлургии Научные чтения им. чл.-корр. РАН И.А. Одинга «механические свойства современных конструкционных материалов». Москва. 17-18 сентября 2020 г./ Сборник материалов. – М: ИМЕТ РАН, 2020, 194 с., с. 98-99 (год публикации - 2020)

8. Никитин П.Ю., Жуков И.А., Соколов С.Д. Исследование керамического материала AlMgB14, полученного методом горячего прессования порошковой смеси AlXMgY-B Перспективы развития фундаментальных наук: сборник научных трудов XVII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Т. 2. Химия / Томск : Изд-во Томск. гос. ун-та систем упр. и радиоэлектроники, 2020. – 221 с., Т.2, с. 125-127 (год публикации - 2020)

9. Соколов С.Д., Жуков И.А., Никитин П.Ю. Исследование структуры механоактивированного порошка Al-Mg Перспективы развития фундаментальных наук: сборник научных трудов XVII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Т. 2. Химия / Томск : Изд-во Томск. гос. ун-та систем упр. и радиоэлектроники, 2020. – 221 с., Т.2, с. 173-175 (год публикации - 2020)

10. Никитин П.Ю., Жуков И.А., Ворожцов А.Б. Decomposition mechanism of AlMgB14 during the spark plasma sintering Journal of Materials Research and Technology, Vol. 11, P. 687-692 (год публикации - 2021)
10.1016/j.jmrt.2021.01.044

11. Никитин П.Ю., Жуков И.А. Использование порошка AlXMgY в качестве исходного прекурсора для получения материалов AlMgB14 ШЕСТОЙ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ С МЕЖДУНАРОДНЫМ УЧАСТИЕМ "НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ". Москва. 23-27 ноября 2020 Г./ Сборник материалов. ТОМ I – М: ЦЕНТР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ (АНО ЦНТР), 2020 г., 1034 с., с. 195-197 (год публикации - 2020)

12. Никитин П.Ю., Соколов С.Д. Механическая активация порошковой смеси AlxMgy-B для синтеза AlMgB14 НАУКА. ТЕХНОЛОГИИ. ИННОВАЦИИ //Сборник научных трудов в 9 ч. / под ред. Гадюкиной А.В. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2020., с. 252-253 (год публикации - 2020)

13. Жуков И.А., Никитин П.Ю., Ворожцов А.Б. Characterization of Ultra-Hard Ceramic AlMgB14-based Materials Obtained by Self-propagating High-Temperature Synthesis and Spark Plasma Sintering Minerals Metals & Materials Series, Vol. Characterization of Minerals, Metals, and Materials 2021, P. 37-41 (год публикации - 2021)
10.1007/978-3-030-65493-1_4

14. Никитин П.Ю., Матвеев А.Е., Жуков И.А. Energy-effective AlMgB14 production by self-propagating high-temperature synthesis (SHS) using the chemical furnace as a source of heat energy Ceramics International (год публикации - 2021)
10.1016/j.ceramint.2021.04.183

15. Никитин П.Ю., Жуков И.А., Болдин М.С., Перевислов С.Н., Чувильдеев В.Н. Синтез, фазовый состав и свойства керамических материалов AlMgB14, полученных методом искрового плазменного спекания Журнал неорганической химии (год публикации - 2021)

16. Никитин П.Ю., Жуков И.А., Матвеев А.Е., Соколов С.Д., Григорьев М.В., Ворожцов А.Б. On the Structure and Properties of AlMgB14-TiB2 Composites Obtained from SHS Powders by Spark Plasma Sintering Materials, Vol.14, Is. 19, Article number 5521, P. 1-14 (год публикации - 2021)
10.3390/ma14195521

17. Никитин П.Ю., Матвеев А.Е., Жуков И.А. Композиционные материалы AlMgB14-TiB2, полученные методами порошковой металлургии Перспективы развития фундаментальных наук : сборник трудов XVIII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Том 2. Химия. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2021. – 282 с., Т.2, С. 167-168 (год публикации - 2021)

18. Ткачев Д.А., Жуков И.А., Бельчиков И.А., Никитин П.Ю. Формирование структуры и свойств покрытий на основе AlMgB14 Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии: Тезисы докладов XVI Всероссийской школы-конференции молодых ученых (14-17 марта 2022 г., Новосибирск) / Под ред. А.Н. Шиплюка. Новосибирск: Параллель, 2022. 158 с., 134-135 с. (год публикации - 2022)

19. Ткачев Д.А., Жуков И.А., Верхошанский Я.Ю., Никитин П.Ю. Исследование механических свойств композиционного материала на основе AlMgB14-TiB2 Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии: Тезисы докладов XVI Всероссийской школы-конференции молодых ученых (14-17 марта 2022 г., Новосибирск) / Под ред. А.Н. Шиплюка. Новосибирск: Параллель, 2022. 158 с., 136-137 с. (год публикации - 2022)

Публикации