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 19-72-00145
НазваниеИсследование влияния изотермической и электроимпульсной термомеханической обработки на структуру и свойства быстрозакалённых аморфно-кристаллических сплавов Ti50Ni25Cu25 с эффектом обратимой памяти формы
Руководитель Ситников Николай Николаевич, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" , г Москва
Конкурс №40 - Конкурс 2019 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-208 - Металлы. Сплавы. Неупорядоченные структуры
Ключевые слова экстремальное воздействие, закалка из жидкого состояния, аморфное состояние, электроимпульсная кристаллизация, нуклеация, структура, нанокристаллы, фазовое превращение, мартенситный переход, эффект памяти формы, пластическая деформация, физико-механические свойства, функциональные свойства, микросистемная техника
Код ГРНТИ29.19.04 29.19.15 53.49.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В настоящее время в мировой науке активно исследуются структура и свойства аморфных и кристаллических материалов, в том числе сплавов, испытывающих фазовое мартенситное превращение (МП) и проявляющих эффект памяти формы (ЭПФ). Вместе с тем, потенциальные возможности этих материалов реализованы далеко не полностью. В разнообразных исследованиях было установлено, что сочетание аморфной и кристаллической фаз в различных материалах в некоторых случаях позволяет улучшить их функциональные свойства, а иногда получить уникальные свойства. В частности, в сплавах с памятью формы TiNiCu установлено, что в некоторых случаях проявляются необычные свойства фазового перехода и термомеханического поведения. Однако в мировой литературе практически полностью отсутствуют работы по формированию слоистого аморфно-кристаллического состояния, обладающего эффектом обратимой памяти формы (ЭОПФ), и последующей термомеханической обработке с целью модификации эффектов памяти формы.
Основная идея проекта состоит в разработке принципиально новых методов создания функциональных материалов с ЭОПФ за счет формирования уникальных структурных состояний и физико-механических свойств в сплавах на основе TiNiCu с помощью сверхбыстрой закалки из расплава и последующей термомеханической обработки (изотермическая и/или динамическая кристаллизация). Для получения аморфно-кристаллических образцов будет использован метод спиннингования и/или планарного литья расплава на установке с одним закаливающим диском. Из-за того, что в этом процессе скорости охлаждения расплава с контактной (со стороны закаливающего диска) и неконтактной (свободная поверхность) стороны закаливаемого расплава (ленты) различаются, может формироваться слоистая аморфно-кристаллическая лента, а именно при скоростях охлаждения расплава системы TiNi-TiCu в диапазоне 10^5…10^6 °К/с. Разница в скорости охлаждения расплава с контактной и неконтактной стороны приводит к тому, что часть расплава при попадании на закалочный диск затвердевает с образованием аморфной фазы, тогда как другая часть расплава затвердевает не на поверхности закалочного диска, а на уже образовавшемся аморфном слое сплава. При этом скорость охлаждения неконтактного слоя снижается, что при затвердевании приводит к формированию в этом слое кристаллической структуры. Сформированный таким образом слоистый аморфно-кристаллический композит в форме тонкой ленты обладает необычным физико-механическим свойством, а именно ЭОПФ с деформацией изгибом без какой-либо дополнительной термомеханической обработки. Такой новый уникальный материал, обладающий ЭОПФ, имеет преимущества простоты и технологичности получения данного эффекта в подобных сплавах по сравнению с известными методами обработки, которые зачастую не могут быть применимы для тонкомерных материалов. Тем не менее, полученные быстрозакалённые композитные аморфно-кристаллические ленты могут быть дополнительно подвергнуты термической и термомеханической обработке, с целью получения новых свойств и модификации уже имеющихся эффектов памяти формы. Исходя из того, что при кристаллизации из аморфного состояния зародыши кристаллизации образуются преимущественно в местах дефектов и напряжений становится особо актуальным детальное исследование структурных особенностей границы раздела аморфной и кристаллической фаз в быстрозакалённом слоистом композите из сплава TiNiCu, а также её влияния в формировании кристаллической структуры в матрице аморфного слоя и свойства эффекта памяти формы в процессе изотермической и электроимпульсной термообработки (динамической кристаллизации). Динамическая кристаллизация заключается в пропускании через образец единичного или серии коротких (длительностью до 1мс) импульсов электрического тока, в результате чего происходит термообработка и кристаллизация образца без изотермической выдержки. Такая динамическая кристаллизация должна привести к образованию принципиально новых структурных состояний быстрозакаленных сплавов. Таким образом, данная работа направлена на исследование влияния изотермической и динамической термомеханической обработки аморфно-кристаллических сплавов TiNiCu с ЭОПФ и получение в термообработанных плавах с слоистой разнородной кристаллической структурой новых проявлений ЭОПФ за счёт создания различных кристаллических и смешанных аморфно-кристаллических структур с отличающимися параметрами ЭПФ.
Реализация новых структурных состояний и необычных физико-механических свойств в сплавах потребует систематического исследования влияния условий динамики процессов кристаллизации и параметров изотермической и/или динамической обработки на структурообразование и фазовые переходы в аморфно-кристаллических сплавах с ЭОПФ. При экспериментальном исследовании структуры сплавов и фазовых превращений будет применен комплекс наиболее эффективных и современных методов структурного и термического анализа, в частности, методы металлографии с применением нанотехнологий, сканирующей и/или просвечивающей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа при различных температурах, дифференциальной сканирующей калориметрии. Ввиду новизны таких уникальных материалов, а также трудоемкости и технической тонкости метода получения быстрозакаленных композитных аморфно-кристаллических лент с ЭОПФ исследования подобного рода не проводились.
В случае успешного выполнения проекта будут заложены физические основы новой технологии создания тонкомерных материалов с управляемым обратимым формоизменением с малыми габаритами, низким энергопотреблением и высокой надежностью, которые способствуют созданию нового класса функциональных материалов с уникальными свойствами, особенно перспективными при конструировании микро- и наномеханических устройств, таких как, например, микро- и нанопинцеты, микрореле, микроприводы и т.д.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ