Рассматриваются вопросы, связанные с разработкой технологического процесса получения отливок лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) из сплава на основе ниобиево-кремниевого композита. Оптимизированы параметры прессования и свойства высокоогнеупорных керамических стержней из оксида иттрия. Изготовлены керамические оболочковые формы и исследованы их основные характеристики. Проведена заливка формы лопатки высокотемпературным сплавом на основе Nb–Si методом направленной кристаллизации. Изучен характер взаимодействия расплава с материалами формы и стержня. Сделаны выводы о работоспособности разработанных технологий получения керамических стержней и форм на основе оксида иттрия при отливке лопаток из сплава на основе ниобиево-кремниевого композита.

Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 9.1. «Монокристаллические жаропрочные суперсплавы, включая естественные композиты» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года») 

Показано, что, являясь примесными поверхностно-активными элементами, кислород и сера способствуют образованию «паразитных» кристаллов, ускоряют диффузию на межфазных границах, рост пор, трещин и огрубление упрочняющей γ'-фазы.

Лантан превосходит по рафинирующей способности другие редкоземельные металлы и магний, и введение добавки лантана позволяет получить ультрачистый по содержанию кислорода и серы сплав ЖС36, а также увеличить количество годных монокристаллов из этого сплава. Сегрегируя на межфазных границах, лантан вытесняет серу, снижая зернограничную диффузию и подвижность межфазных дислокаций. Показано, что лантан является высокоэффективной рафинирующей, микролегирующей и модифицирующей добавкой, увеличивающей жаропрочность, циклическую прочность и жаростойкость монокристаллов из сплава ЖС36.

Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 10.1. «Ресурсосберегающие технологии выплавки перспективных литейных и деформируемых супержаропрочных сплавов с учетом переработки всех видов отходов» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года») 

Исследовано восстановление кремния из литейной керамической формы при направленной кристаллизации путем взаимодействия с расплавами монокристаллических никелевых жаропрочных сплавов ЖС32-ВИ и ВЖМ5-ВИ, применяемых для литья лопаток авиационных газотурбинных двигателей. Доказано, что насыщение кремнием происходит за счет взаимодействия углерода с несвязанным оксидом кремния, входящим в состав керамической формы. Установлено, что при отливке монокристаллов из безуглеродистых жаропрочных сплавов насыщение металла кремнием происходит в 4 раза медленнее, чем из сплавов, в систему легирования которых входит углерод.

Подтверждена возможность связывания кремния с иттрием в тугоплавкое соединение с последующим удалением из расплава путем фильтрации через пенокерамический фильтр с различной скоростью. Установлено, что данный способ имеет низкую эффективность.

Проведен выбор элементов-дезактиваторов примесей для рафинирования расплавов монокристаллических никелевых жаропрочных сплавов от серы и кремния и нейтрализации вредного влияния фосфора при выплавке в вакуумной индукционной печи. Критериями выбора являлись высокое сродство к примесям, стоимость, распространение в природе и физико-химические свойства активных элементов. Показано, что для связывания в тугоплавкие соединения фосфора более эффективен лантан, для кремния – иттрий, а для серы возможно применение как иттрия, так и лантана.

Экспериментально проверена эффективность рафинирования расплавов монокристаллических никелевых жаропрочных сплавов путем связывания примесей серы, фосфора и кремния в термически прочные тугоплавкие соединения с РЗМ. Установлено, что в результате микролегирования сплава РЗМ степень десульфурации составила до 89% отн. Снижение содержания кремния происходит с низкой эффективностью (12% отн.). В отличие от серы и кремния, в результате присадки РЗМ (лантана) и последующей фильтрации расплава содержание фосфора в сплавах не снижается, однако за счет высокой температуры плавления фосфидов лантана нейтрализуется вредное влияние фосфора и увеличивается длительная прочность монокристаллов при рабочих температурах.

Предложен новый поход к получению высоконаполненных гибридных полимерных композиционных материалов (ПКМ). Нанесение модифицированного углеродными нанотрубками (УНТ) связующего производят из дисперсии, в которой в качестве дисперсионной среды используется легколетучий растворитель (ацетон). Частицы дисперсной фазы содержат нативные УНТ или УНТ, модифицированные функциональными группами, эпоксидную смолу, отвердитель. В случае использования нефункционализированных УНТ в состав дисперсии входит модификатор. В качестве модификатора используются полимеры, обеспечивающие нековалентную функционализацию нанотрубок и регулирующие взаимодействие в системах УНТ/УНТ и УНТ/матрица.

Рассмотрена возможность применения ингибиторов коррозии в составе слоистых металлополимерных композиционных материалов на основе листов алюминиевого сплава и слоев углепластика. Исследовано влияние ингибиторов коррозии на коррозионные процессы алюминиевого сплава при контакте со слоями углепластика. Слоистый композит «алюминий–углепластик» с разделительными слоями, содержащими ингибитор коррозии, обладает высокой коррозионной стойкостью, что позволяет рассматривать такой слоистый композит как перспективный материал для использования в авиационной технике.

Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 6.2. «Слоистые трещиностойкие, высокопрочные металлополимерные материалы» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года») 

Рассмотрен подход к вспениваю полиимидных смол и композиций на их основе при пониженном давлении. Проведено сравнение свойств пенопластов, полученных путем вспенивания в воздушной среде и при пониженном давлении. Показано, что вспенивание в условиях разрежения позволяет получать материал с более стабильными прочностными показателями и повышенной термостойкостью. Проведено сравнение свойств полученного материала с импортными разработками. Рассмотрены технологии их изготовления, свойства, а также переработки в изделия различной геометрической формы.

Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 16. «Сверхлегкие пеноматериалы» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года») 

Рассмотрены результаты экспериментальной работы по уточнению рецептуры пастообразного герметика марки ВИКСИНТ У-2-28 в части замены гидрофобизирующей и структурирующей жидкости ГКЖ 136-41 на гидрофобизирующие жидкости Пента 808А или Пента 804. Причина такой замены обусловлена проблемой приобретения жидкости полиэтилгидридсилоксана ГКЖ 136-41 из-за отсутствия исходного сырья – продукта этилдихлорсилана. Приведены результаты сравнительного анализа технологических, физических, механических свойств ленточных герметиков, изготовленных с использованием различных гидрофобизирующих жидкостей.

Представлены результаты исследований по изучению зависимости реологических свойств разработанной во ФГУП «ВИАМ» термопластичной композиции с пониженной пожарной опасностью на основе модифицированного поликарбоната в сравнении с
ABS-пластиком и полиамидом Nylon-618, широко используемыми в настоящее время для 3D-печати.

Показано, что увеличение температуры переработки данных материалов приводит к снижению их вязкости расплава. Установлено, что модифицированный поликарбонат обладает бо́льшим значением вязкости расплава, что предопределяет более высокие температуры его переработки, чем у ABS-пластика.

Определены оптимальные температуры переработки исследуемых материалов. Показано, что в выбранном диапазоне температур переработки прочностные и деформационные свойства имеют максимальное, а усадка – минимальное значения.

Полученные результаты позволят значительно сократить время на отработку режимов 3D-печати и повысить качество изготавливаемых изделий.

Показано, что при спектрофотометрическом определении кальция основные легирующие элементы (Al, Zn, Mn), присутствующие в литейных магниевых сплавах системы Mg–Al–Zn–Mn, не оказывают влияния на величину оптической плотности при определении содержания в сплаве кальция. Для получения воспроизводимых результатов эксперимент необходимо проводить в кварцевой посуде.

Определение кальция в магниевых сплавах методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой позволяет определять одновременно и другие легирующие элементы, содержащиеся в сплаве. При этом установлено, что они не оказывают негативного влияния на количественное определение кальция. Для исследуемого диапазона концентраций кальция выбраны наиболее чувствительные и наименее подверженные интерференции аналитические линии Ca.

Для контроля правильности и достоверности полученных результатов анализа по определению содержания кальция в магниевых сплавах использовали модельные растворы. Установлено, что содержание элементов находится в пределах допустимых погрешностей.

Разработаны методики фотометрического и атомно-эмиссионного определения кальция в литейных магниевых сплавах системы Mg–Al–Zn–Mn.

Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 2.1. «Фундаментально-ориентированные исследования» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года») 

Проанализированы стандарты ГОСТ 25.505–85 «Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Метод испытаний на малоцикловую усталость при термомеханическом нагружении» и ASTME2368-10 «Стандарт по проведению испытаний на термомеханическую усталость при контролируемой деформации» для получения представления о специфике проведения испытаний на термомеханическую усталость и выявления различий между этими стандартами.

Отсутствуют существенные различия между формами цилиндрических образцов и размерами рабочих частей. В российском стандарте указываются необходимые требования по точности изготовления рабочей части образца. Стандарт ASTME2368-10 содержит более жесткие требования к погрешности нагружения и более подробное описание процедуры испытания, чем ГОСТ 25.505–85. Американский стандарт содержит рекомендации и ссылается на практические руководства по калибровке измерительных систем.

Действующий стандарт ГОСТ 25.505–85 нуждается в существенной доработке в соответствии с современными требованиями.

Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 2.2. «Квалификация и исследования материалов» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года») 

Рассмотрены самоармированные полимерные композиты – полимер-полимерные композиты, в которых как матрица, так и армирующий наполнитель образованы на основе одного и того же термопластичного полимера. Проведен обзор методов получения указанных композитов. Выполнен анализ механических свойств самоармированных полимерных композитов в сравнении с традиционными полимерными композиционными материалами (ПКМ), армированными стекловолокном. Обсуждены перспективы применения самоармированных ПКМ в различных отраслях.