Какими будут материалы будущего для космический техники и авиации
Биметаллические, то есть, состоящие из двух металлов, материалы давно применяются при изготовлении авиационной и космической техники, так как зачастую обычные сплавы не обеспечивают необходимой гаммы свойств. Биметаллы же позволяют объединить преимущества разных материалов, увеличивая надежность, износостойкость и долговечность. Использование биметаллических материалов, например, из стали и алюминия, позволяет добиться необходимых прочностных характеристик, уменьшив при этом вес деталей и конструкций, соответственно увеличивая при этом грузоподъемность и топливную эффективность самолета или ракеты-носителя.
Однако, как отмечают самарские ученые, при создании биметаллических материалов по существующим технологиям прочность соединения разнородных слоев в большинстве случаев недостаточна. При этом у разных металлов отличаются теплофизические свойства, и при больших перепадах внешних температур (например, в космосе — от -200°С до +200°С и выше) возникает опасность межслойного разрушения многослойного материала. Ученые трех стран в рамках полученного гранта планируют разработать научные основы новой технологии и экспериментально получить слоистый функциональный высокоградиентный материал (ФВГМ), который будет обладать повышенным сопротивлением межслойному разрушению.
«Очень важно, чтобы используемые в аэрокосмической технике материалы были термически стабильными, чтобы они не расширялись при высоких температурах. Этого можно добиться, если брать разные материалы с разными коэффициентами линейного расширения и чередовать их в многослойной конструкции: когда один слой расширяется, другой – сжимается, а во всем объеме — не происходит никаких изменений. Обычно биметаллические материалы производят способом прокатки — за счет большого давления происходит фактически сварка поверхностей металлов. Мы предлагаем новый метод — с использованием аддитивных технологий», — рассказал заведующий кафедрой обработки металлов давлением Самарского университета, академик РАН Федор Гречников.
Ученые предлагают наносить с помощью аддитивных технологий слои металлопорошковой композиции на подложки из листового проката, создавая при этом на поверхностях особый микро- и макрорельеф, который позволит практически на порядок увеличить площадь контакта соединяемых слоев и даже образовывать механические неразъемные соединения в виде микрозамков. Полученный в результате композиционный «пирог» планируется затем дополнительно обрабатывать давлением, например, прокатывать, чтобы получить высокопрочное соединение слоев металлов. «Данная задача требует значительной теоретической и экспериментальной проработки, поэтому первоначально будут разработаны математические модели и цифровые двойники ФВГМ, с помощью которых будут рассчитываться и прогнозироваться свойства нового материала», - отметил заведующий кафедрой технологии производства двигателей Александр Хаймович.
«Это большой совместный проект. И даже внутри нашего университета его можно назвать совместным, поскольку в нем будут задействованы сразу две кафедры — обработки металлов давлением и технологий производства двигателей. Помимо большой экспериментальной части, запланированной в рамках этого гранта, будут выполнены теоретические исследования. По итогам предполагается получить не только технологии, но и фундаментальные основы создания материала нового типа», — подчеркнул доцент кафедры обработки металлов давлением Ярослав Ерисов.
Материал предоставлен пресс-службой Самарского университета