МАИ
3 февраля 2021, 09:38
Прочность титана, легкость алюминия: авиационный материал будущего исследуют в МАИ
Интерметаллидные сплавы на основе эквиатомного алюминида титана - материалы, имеющие огромный потенциал в аэрокосмической отрасли
О фундаментальных исследованиях российских ученых в области разработки и апробации интерметаллидных TiAl-сплавов рассказала доцент кафедры "Материаловедение и технология обработки материалов" Московского авиационного института, кандидат технических наук Елена Александровна Лукина.
Начнем с терминологии. Что такое интерметаллиды и чем они интересны?
Интерметаллиды - это устойчивые соединения двух или нескольких металлов, часто обладающие комплексом свойств, не присущим каждому из компонентов в отдельности. Как и чистые металлы, они могут служить основой для создания сплавов.
Интерметаллидные TiAl-сплавы (гамма-сплавы) представляют собой перспективный класс жаропрочных материалов, обладающих, с одной стороны, уникальным сочетанием удельной жесткости и прочности, с другой - высоким сопротивлением окислению. Жаропрочность и жаростойкость, являющиеся следствием самой природы интерметаллидов системы титан-алюминий, определяют работоспособность гамма-сплавов в процессе эксплуатации при температурах 700-800 градусов Цельсия.
Материалы, обладающие сочетанием указанных характеристик, всегда востребованы в авиационном газотурбостроении. Так, по данным компании General Electric, применение гамма-сплавов в турбине низкого давления газотурбинного двигателя может давать преимущество в массе 100-180 кг перед традиционными никелевыми суперсплавами, которые имеют в два раза более высокую плотность.
Однако основными недостатками, ограничивающими практическое применение гамма-сплавов, являются их хрупкость и, как следствие, низкая пластичность в широком интервале температур. Этот недостаток не относится к принципиально неустранимым, поэтому в настоящее время над проблемой повышения пластичности и технологичности сплавов данного класса при сохранении высокой прочности работают многие исследователи по всему миру.
Как давно в МАИ занимаются интерметаллидными сплавами?
Нашу кафедру "Материаловедение и технология обработки материалов" с 1987 по 2019 годы возглавлял академик РАН Александр Анатольевич Ильин, создавший свою научную школу в области материаловедения титановых сплавов. Вот уже более 20 лет сначала им самим, а теперь его учениками, ставшими уже докторами наук, проводятся фундаментальные исследования интерметаллидных титановых сплавов как авиационного (альфа-2, орто-сплавы), так и медицинского назначения.
Ваши исследования - это инициативный проект?
Я работаю в составе научного коллектива, сформированного на базе Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов (ФГУП "ВИАМ" ГНЦ РФ). Наш молодежный коллектив, объединивший ученых МАИ и ВИАМ, был создан в 2018 году. Тогда мы сформулировали подходы к решению нескольких частных задач в рамках вышеупомянутой научной проблемы и приняли участие в одном из ежегодных конкурсов на получение грантов Российского научного фонда (РНФ) по Президентской программе исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми. По итогам конкурса эксперты РНФ положительно оценили нашу заявку и она оказалась в заветном списке победителей.
Что конкретно изучается коллективом?
Объектом исследований в нашем научном проекте является новый отечественный шестикомпонентный жаропрочный TiAl-сплав с вариативным содержанием циркония, хрома и гадолиния. Плотность этого сплава не превышает 4,1 г/см3. При получении положительных результатов испытаний он может рассматриваться как альтернатива жаропрочным сплавам на никелевой основе с плотностью 7,8 г/см3 и более для повышения весовой эффективности при изготовлении роторных деталей горячего тракта перспективных газотурбинных двигателей.
Мы проводим фундаментальные исследования структуры и кристаллографической текстуры сплава при термическом и термомеханическом воздействии; эффективность различных режимов обработки оцениваем по изменению механических свойств. В частности, наши работы по исследованию влияния микродобавки редкоземельного элемента - гадолиния - на последовательность фазовых превращений и свойства нового TiAl-сплава продемонстрировали возможность одновременного повышения его прочности и пластичности. Оригинальные результаты работ опубликованы в 2020 году в зарубежном журнале первого квартиля Intermetallics, который выпускается издательством Elsevier. Это одно из наиболее авторитетных периодических изданий в области интерметаллидных материалов. Статьи в него отбираются по итогам рецензирования ведущими учеными - экспертами в обсуждаемой области, что подтверждает высокую оценку полученных результатов.
Вам доводилось работать с другими интерметаллидами?
Да, другая область моих научных интересов связана с интерметаллидными сплавами на основе никелида титана - NiTi. Это особый класс интерметаллидных материалов с уникальным эффектом памяти формы и сверхупругостью, которые объединяют в себе высокую биологическую и механическую совместимость с костно-хрящевыми структурами организма человека.
Никелид титана можно назвать поистине интернациональным материалом, ведь исследованиями его медицинского применения занимаются во многих странах мира. Например, несколько лет назад я стажировалась в Кингстонском университете (Kingston University, Великобритания) и Университетском колледже Лондона (University College London - UCL). По результатам проведенных исследований я защитила диссертацию с присуждением международной степени PhD. В кооперации с зарубежными коллегами было написано несколько статей, посвященных изучению закономерностей коррозионной стойкости и трибологического поведения никелида титана в спинальных имплантатах. Эти работы также были опубликованы в ведущих изданиях, входящих в первый квартиль (Materials Science & Engineering: C; Spine; The Spine Journal)....
Авторские права на данный материал принадлежат «МАИ». Цель включения данного материала в дайджест - сбор максимального количества публикаций в СМИ и сообщений компаний по авиационной тематике. Агентство «АвиаПорт» не гарантирует достоверность, точность, полноту и качество данного материала.
Поделиться
Май 3, 2024
Аэрофлот открыл онлайн-продажи субсидируемых билетов для жителей Калининградской области
Май 3, 2024
Делегация МГТУ ГА приняла участие в памятных мероприятиях, посвященных Дню Победы
Май 3, 2024
Республика Татарстан получила земельные участки для реконструкции перрона Международного аэропорта "Казань"
Май 3, 2024
Студенты РГАТУ имени П.А. Соловьева стали призерами Всероссийской научно-технической конференции