Аннотация результатов, полученных в 2022 году
1. Определены зависимости между механическими свойствами сплава матрицы, его структурой и фазовым составом. В качестве возможных легирующих элементов были выбраны висмут и сурьма. 2. Получена серия зависимостей прочности композитной проволоки от температуры, скорости, мощность ультразвуковой обработки и состава сплава матрицы при протяжке углеродного волокна через расплав алюминия. Исследована микроструктура композитной проволоки и характера её разрушения. Произведена оценка прочности границы между матрицей и волокном. 3. На основе экспериментальных данных висмут выбран в качестве легирующего элемента, обеспечивающего образование «слабых» границ. Кроме того, с целью сохранения свойств границы при последующей переработке проволоки разработан и исследован новый метод электрохимического нанесения из водного электролита покрытий из оксида алюминия. 4. Результаты исследований доложены на 7 международных отраслевых конференциях. 5. Опубликовано 6 работ, 3 из которых в изданиях, индексируемых в Scopus и Web of Science.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В рамках выполнения проекта в 2023-2024 году получена серия зависимостей прочности объемных образцов углеалюминиевого композита от параметров компактирования (температура, нагрузка, время выдержки). Определена взаимосвязь между режимом компактирования, прочностью композита, его микроструктурой, характером разрушения, и сдвиговой прочностью границы между матрицей и волокном. Нагрузка при компактировании в диапазоне от 200 до 800 кг практически не оказывает существенного влияния на прочность, микроструктуру, характер разрушения и сдвиговую прочность между матрицей и волокном. Из этого следует, что давление, которое является достаточным для технологии получения углеалюминиевой трубы соответствует нагрузке 200 кг. Время выдержки при компактировании в диапазоне до 60 секунд не приводит к существенным изменениям прочности, микроструктуры, характера разрушения и сдвиговой прочности между матрицей и волокном. Дальнейшее увеличение времени выдержки приводит к заметному падению прочности и утрате прослоек из висмута на границе между матрицей и волокном. Это, в свою очередь, приводит к увеличению сдвиговой прочности границы и тому, что рельеф поверхности разрушения становиться менее развитым. Из этого следует, что возможное время выдержки в технологии получения углеалюминиевой трубы достаточно велико, что существенно упрощает будущую технологию. Температура при компактировании в диапазоне от 640 до 670 °С приводит к существенному росту прочности, который обусловлен двумя факторами. Первый фактор заключается в том, что за счет уменьшения доли матрицы увеличивается доля углеродного волокна в композите, что подтверждается данными исследования микроструктуры. Вместе с тем, и это второй фактор, на границе между матрицей и волокном сохраняется прослойка из висмута, обеспечивающая слабую границу, что подтверждается данными исследования микроструктуры, поверхностей разрушения композита и оценкой сдвиговой прочности между матрицей и волокном. Таким образом, доля волокна увеличивается, при этом сохраняется условие реализации его наибольшей прочности в композите. Увеличение температуры приводит к заметному падению прочности, которому сопутствует исчезновение прослойки висмута на границе между матрицей и волокном, увеличение сдвиговой прочности границы и сокращение рельефности поверхности разрушения. Из этого следует, что оптимальная технологическая температура для получения углеалюминиевой трубы при использовании в качестве связки порошка АМг6 находится составляет около 670 °С. Средняя прочность при изгибе образцов, полученных при оптимальных условиях равна около 1000 МПа. Следует отметить, что отдельные образцы, имели прочность значительно выше средней, которая была равна около 1300 МПа. Определены основные эксплуатационные свойства композита - прочность при растяжении, модуль упругости, трещиностойкость (КИН), которые соответственно равны 540 МПа, 200 ГПа и 19 МПа*√м, соответственно. При этом следует отметить, что удельная прочность углеалюминия равна 250*103 м2/с2, что сопоставимо с удельной прочностью стали. Удельный модуль упругости углеалюминия равен 95*106 м2/с2, что сопоставимо с удельным модулем сапфира. Cформулирован прототип модели для описания зависимости прочности композита от сдвиговой прочности границы, физико-механических свойств матрицы, промежуточного слоя между матрицей и волокном и основных параметров технологии изготовления композита. При достаточно высоких значениях сдвиговой прочности границы прочность композита при растяжении лимитируется его сопротивлением распространению магистральной поперечной трещины и выражается одной из полученных формул, в которой учтены 5 слагаемых работы разрушения, два из которых зависят от сдвиговой прочности границы. В случае слабой границы прочность композита ограничивается средней прочностью волокон, которая подчиняется распределению Вейбулла, т.е. выражается другой формулой, дающей меньшие значения предела прочности композита, чем формула для малых значениях сдвиговой прочности границы. Таким образом, первичная модель предсказывает, что график зависимости прочности композита от сдвиговой прочности интерфейса состоит из двух участков, соответствующих доминирующим механизмам разрушения: возрастающего (при низкой прочности границы, которая может быть близка к нулю) и убывающего. Абсцисса их точки пересечения является оптимальным значением сдвиговой прочности, при которой прочность композита достигает максимума. Все формальные показатели, в том числе публикационные показатели реализации проекта, за отчетный период выполнены в полной мере.