Ученые России, Франции и Японии разработают новый тип высокоэффективных материалов для аэрокосмической техники

Ученые из России, Франции и Японии проведут на базе Самарского университета им. Королёва теоретические и экспериментальные исследования по созданию технологии производства новых высокоэффективных биметаллических материалов для аэрокосмической техники, которые смогут выдерживать значительные механические нагрузки и экстремальные перепады температур с разницей в несколько сотен градусов. 

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. 

Для справки

Работы пройдут в рамках проекта "Разработка метода создания и оптимизация свойств высокоградиентных биметаллических материалов аэрокосмического назначения". С этим проектом Самарский университет стал победителем открытого публичного конкурса на получение грантов Российского научного фонда (РНФ) по приоритетному направлению деятельности "Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по поручениям (указаниям) Президента Российской Федерации". Грант рассчитан на три года с возможным продлением финансирования, ежегодный объем выделяемых по гранту средств - 8 млн рублей.

Проект предусматривает создание международного научного коллектива, в который войдут сотрудники Самарского университета, Института проблем механики имени А.Ю. Ишлинского РАН (г. Москва), Токийского столичного университета (Япония) и университета Южной Бретани (Франция). Возглавит группу ученых доктор физико-математических наук Сергей Александров, ведущий научный сотрудник лаборатории механики технологических процессов Института проблем механики имени А.Ю.Ишлинского РАН (ИПМех РАН). В числе ведущих ученых проекта - профессор факультета инжиниринга механических систем Токийского столичного университета (TMU) Кен-ичи Манабе и директор Исследовательского института Дюпюи де Лом (IRDL) университета Южной Бретани профессор Пьер Ив Манах.