Фундаментальные основы создания металлических и композиционных материаловНИР

Fundamental basics of development of metallic and composite materials

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Фундаментальные основы создания металлических и композиционных материалов
Результаты этапа: Традиционные методы получения металлических сплавов включают в себя процесс высокотемпературной выплавки, и фундаментальной основой этого процесса является установление диаграмм состояния металлических систем при высоких температурах. В рамках этого направления были определены изотермические сечения тройных систем Tm-Ag-Sn и Lu-Ag-Sn при 873 K, а фазовые равновесия в четверной системе Ni-Re-Nb-Cr, ранее исследованные экспериментально, были описаны методом графов, имеющим высокую прогностическую эффективность при относительной вычислительной простоте. Таким образом были заложены основы конструирования жаростойких сплавов, включающих перечисленные элементы. Наряду с методом графов, развивались также методы термодинамического моделирования фазовых равновесий. Для исследованных ранее систем РЗМ-(Ru,Pd,Pt)-(Sn,Ge,Al) впервые был получен в однофазном состоянии ряд интерметаллических соединений, таких как Yb2PdGe6, Ce3RuSn6, CePt3Al3, Ce26Ru13Ge4. Исследование их кристаллической структуры и физических свойств показало, что для них характерна осциллирующая валентность атомов РЗМ, сопровождаемая комплексом электрофизических и магнитных свойств, что делает эти интерметаллиды ценными объектами для развития представлений теоретической физики и определяет перспективы их применения в качестве магнитных материалов. Помимо традиционных способов синтеза кристаллических металлических сплавов, в последние годы получили признание такие методы, как механохимическое сплавление и метод сверхбыстрой закалки. Методом быстрой закалки сотрудниками кафедры получены аморфные сплавы Zr-Cu-Al и изучена зависимость их механических характеристик от состава и условий синтеза. Установлены количественные термодинамические критерии аморфизации металлических сплавов. Метод быстрой закалки позволил также стабилизировать частицы неметаллических включений в металлических сплавах, наличие которых улучшает механические свойства сталей и повышает их коррозионную стойкость. Методом механохимического сплавления получены икосаэдрическая фаза в системе Al-Cu-Fe и декагональная фаза в системе Al-Cu-Fe-Cr и исследованы условия их кристаллизации. Для получения 2D-нанокристаллов кремния разрабатывался метод самосборки под действием флуорофорбных взаимодействий между поверхностными лигандами. Модифицирование поверхности металлических сплавов проводилось химическими и электрохимическими методами. В частности, методом электрохимического осаждения на металлических поверхностях были получены композиционные покрытия металл- металлоид типа Cr-P и Ni-P, повышающие коррозионную устойчивость металлов. Было показано, что электрохимическими методами на поверхности сталей можно создавать структуры из наночастиц платины, что открывает перспективы создания каталитических материалов, намного более дешевых, чем существующие. На поверхностях никелевых и цинковых сплавов электрохимическими методами были созданы ячеистые наноструктруры оксидов металлов, которые, по-видимому, играют важную роль в электродных и электрокаталитических процессах.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Фундаментальные основы создания металлических и композиционных материалов
Результаты этапа: Получены новые интерметаллиды, содержащие редкоземельные металлы, металлы платиновой группы и непереходные металлы 13 и 14 групп. Некоторые из них (Ce11Ru3.83In9, CePd3Al2) проявляют необычные магнитные и электрофизические свойства, что обусловлено флуктуациями валентности атома редкоземельного металла. Шесть новых тройных фаз получены впервые; ведется работа по получению этих фаз в индивидуальном однофазном состоянии. Изучены процессы, происходящие при термической деградации аморфных и квазикристаллических сплавов Al-Cu-Fe и Al-Cu-Fe-Cr и определены условия, позволяющие повысить их термическую устойчивость. Построены термодинамические модели фаз в системах (Au,Cu)-(In,Sn)-Pd, а также модели твердых растворов на их основе, позволяющие с предсказывать области существования фаз и температуры фазовых переходов. Обнаружено образование новых фаз в тройной системе Co-Ni-Ta, вызывающих эффект дисперсионного упрочнения. Установлены их состав и структурные типы. Определены условия формирования оксидных наноструктур на поверхностях титана и никеля в условиях электрохимического синтеза в растворах, содержащих ионные жидкости. В обоих случаях удалось получить гексагональные системы оксидных нанотрубок, направленных перпендикулярно поверхности металла. Образцы титана с оксидными наноструктурами на поверхности проявили каталитические способности в электрохимических процессах окисления/восстановления. На металлических поверхностях методом электрохимического осаждения получены пленки сплавов Ni-P и Co-P. Свежеосажденные пленки являются аморфными, при отжиге происходит их кристаллизация. Разработанные ранее методы перфторфенильной самосборки применены в синтезе нанокристаллов PbS и CdS, в результате в водной среде удалось получить наночастицы сульфидов с различной морфологией. Синтезированы новые ионные жидкости на основе диэтаноламина с металлокомплексными анионами.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Фундаментальные основы создания металлических и композиционных материалов
Результаты этапа: Проведены исследования в области синтеза новых металлических систем, интерметаллидов и композиционных материалов. С целью разработки путей повышения жаропрочности сплавов методом дисперсионного упрочнения изучены условия образования фаз Лавеса в тройных системах Co-Mn-Nb, Co-Mn-Ta, Co-Re-Nb и Co-Re-Ta. Во всех системах в области высоких концентраций ниобия и тантала были обнаружены неизвестные ранее фазы со структурой, аналогичной фазе Лавеса MgNi2 со смешанной заселенностью позиций, причем каждая фаза имеет индивидуальный характер смешанной заселенности. Фазы Лавеса типа MgCu2 и MgZn2, обладающие заметной протяженностью вглубь концентрационного треугольника, обнаружены также в тройной системе Co-Nb-Ni. В рамках синтеза биосовместимых металлических материалов, которые могут найти применение в стоматологии, изучены фазы в тройной системе Pd-Au-In. Обнаружена новая фаза типа AuCu3, содержащая около 20-25% индия и существующая в широком интервале концентраций золота и платины. Исследование ее структуры показало, что упорядочение твердого раствора с кубической гранецентрированной кристаллической решеткой происходит в результате обособления атомов палладия, имеющих наименьший размер. Полученные структурные данные важны для построения термодинамических моделей фаз и последующего термодинамического моделирования указанной системы. Была установлена поверхность ликвидуса системы палладий-медь-золото. В процессе поиска интерметаллических соединений, проявляющих флуктуации валентности атомов лантаноидов синтезированы сплавы в тройных системах Ce-Pt-Al и Ce-Rh-Al. В системе Ce-Pt-Al обнаружено новое интерметаллическое соединение Ce4Pt9Al13, кристаллическая структура которого была определена методом монокристальной дифрактометрии. Для него обнаружено проявление эффекта Кондо, хотя и не очень сильное. Получено еще несколько новых тройных интерметаллических соединений, продолжается процесс определения их структур и изучения физических свойств. В лаборатории структурной химии развит метод самосборки 2D наноматериалов из отдельных квантовых точек на основе специфических взаимодействия между перфторфенильными группами лигандов. Метод применен для пяти систем: 1. Получение кремниевых 2D-нанокристаллов в коллоидных системах. 2. Получение 2D-нанокристаллов кристаллофосфора СаS. 3. Получение 2D-мезокристаллов PbS с латеральными размерами 1x1 мкм2. 4. Получение 2D-мезокристаллов фотокатализатора СdS (0,4 x 0,5 мкм2) в виде нанолент. 5. Получение плоских наноструктур цеолита, легко отделяемые фильтрованием от реакционной системы. Показано, что принцип самосборки, контролируемый специфическими межмолекулярными взаимодействиями, может быть использован как универсальный подход для инженерии 2D-нанокристаллов. По данному направлению получен патент РФ и опубликован ряд статей, в том числе в высокорейтинговых международных журналах. Продолжались работы по синтезу новых экологически чистых растворителей - ионных жидкостей на основе этаноламинов с металлокрмплексными анионами, проведены рентгеноструктурные исследования большого числа монокристаллов органических, металлорганических и неорганических веществ, представляющих как теоретический так и практический интерес. Продолжены исследования закономерностей образования оксидных наноструктур на поверхности титана в процессе анодного электрохимического окисления в среде ионных жидкостей. Установлено, что оксидные ячеистые наноструктуры образуются только при наличии в реакционной среде гидрофильной ионной жидкости. Образование наноструктур оксида титана на металлической поверхности оказывает значительное влияние на кинетику и механизм электрокаталитических реакций на титановых электродах. Разработаны катализаторы для осуществления реакций окисления органических соединений с использованием в качестве окислителя диоксида углерода. Высокую эффективность показали системы, полученные нанесением оксидов хрома на поверхность кремнезема. Оказалось, что состояние хрома в составе катализатора зависит от типа использованного кремнезема. Так, на поверхности кремнезема с невысокой удельной поверхностью образуются кристаллические частицы Cr2O3, а на поверхности ячеистого кремнезема с высокой удельной поверхностью кристаллический Cr2O3 практически не образуется, что способствует высокой каталитической способности этого материала в реакции дегидрирования алканов с образованием алкенов.
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Фундаментальные основы создания металлических и композиционных материалов
Результаты этапа:
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Фундаментальные основы создания металлических и композиционных материалов
Результаты этапа:
6 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Фундаментальные основы создания металлических и композиционных материалов
Результаты этапа:
7 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Фундаментальные основы создания металлических и композиционных материалов
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".