Размещено на http://www.allbest.ru/

НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В ОБЛАСТИ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ С ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ

Научно-технический прогресс сейчас, как никогда, определяется уровнем развития науки о материалах, технологии их получения и обработки. В настоящее время наметились существенные сдвиги в развитии новых технологий получения материалов с заданными свойствами на базе новых научных направлений. Среди них важное место принадлежит синергетике. Сегодня достигнуто понимание того факта, что для дальнейшего эффективного развития материаловедения необходим переход и на новые методологии, в том числе базирующиеся на принципах неравновесной термодинамики.

Синергетика - наука об общих закономерностях процессов образования и распада, а также устойчивости упорядоченных временных и пространственных структур.

Новые технологии связаны с созданием таких неравновесных условий, при которых возможна самоорганизация диссипативных структур в процессе обмена системы энергией и веществом с окружающей средой. Это открывает принципиально новые возможности получения материалов с заданными свойствами.

Традиционные технологии традиционные материалы уже не удовлетворяют требования новой техники не только с точки зрения достигнутого уровня комплекса свойств, но и по другим факторам, таким, как экология и энергосбережение. Материалы, полученные в условиях, обеспечивающих самоорганизацию структур, лишены основных недостатков, свойственных традиционным материалам - неоднородности химического состава и нестабильности механических свойств.

Сейчас требуется развитие новых технологических процессов не только для получения новых материалов, но и для кардинального изменения структуры традиционных материалов с целью реализации синергизма упрочнения. Специфическое структурное состояние, получаемое, например, при комбинированном легировании дисперсионно-твердеющих немагнитных сталей, дает возможность получать сталь с пределом текучести более 1700 МПа при достаточно высоком уровне вязкости разрушения.

Уникальные результаты получены на материалах с мелкокристаллической и наноструктурой. Так, прочность нитевидных кристаллов с наноструктурой близка к максимальной для данного типа межатомной связи. Однако эти свойства достигнуты лишь на малых образцах. Физика и химия этих материалов не раскрыта, а, следовательно, рано еще говорить об их широком использовании в технике.

Характерным для материалов с мелкокристаллической структурой является наличие максимума прочности при достижении некоторого критического размера зерна, дальнейшее уменьшение размера зерна, вопреки законам металлофизики, сопровождается снижением прочности. Этот факт требует своего дальнейшего изучения при разработке материалов такого типа.

Характерным примером возможностей технологий получения новых материалов или придания новых свойств традиционным материалам в условиях, далеких от равновесия, является электростимулированная прокатка. Неравновесность процесса обработки в данном случае обеспечивается за счет градиента температур и напряжений. В условиях электростимулированной прокатки возможна пластическая деформация материалов, которую в ряде случаев традиционными методами осуществить невозможно. Также методом электростимулированной прокатки можно получить уникальные микрофильтры, микрокапилляры с размерами пор и отверстий минее одного микрометра, композиционные материалы со строго упорядоченной структурой и др.

Длительное время незаменимыми жаропрочными материалами оставались никелевые суперсплавы, температурный потолок использования которых ограничен 1050-1100 °С. В последние годы появились надежда повысить температурный порог за счет использования интерметаллидов. Однако при этом требуется улучшение их характеристик пластичности и вязкости. технология материал интерметаллид мелкокристаллический

Эффективной технологией получения порошковых интерметаллидов является механическое легирование. Перемешиваемые под давлением в аттриторе частицы шихты претерпевают структурные и фазовые изменения, обусловленные деформацией частиц. Результатом взаимодействия элементов, выведенных в неравновесное состояние, является синтез новых соединений - интерметаллидов, Дальнейшая технология получения материала на основе порошков интерметаллидов связана с компактированием и спеканием порошков.

Перспективными являются методы электроимпульсного прессования, которые позволяют за счет самоорганизации процесса соединения порошков сохранять исходную микроструктуру гранул.

Известны недостатки литых сталей при традиционных методах литья. Главный из них - структурная неоднородность, сохраняющаяся и после термообработки. Этот и другие недостатки литых сталей в значительной мере устраняются при суспензионном модифицировании ультрадисперсными порошками из тугоплавких соединений. Частицы тугоплавких соединений не только упрочняют матрицу, но и служат центрами кристаллизации избыточных фаз. Это обеспечивает измельчение структуры и уменьшает химическую неоднородность материала.

Повышение эксплуатационной прочности конструкционных и инструментальных материалов неразрывно связано с защитой их поверхности и придания им особых свойств. Решение этой задачи должно ускорить решение экологических и экономических проблем.

Одной из важнейших технологических задач при этом является создание покрытий со слоистой (СС) упорядоченной структурой. Характерным примером является горизонтально-слоистая структура хромового покрытия при пиролитическом хромировании, самоорганизующегося при создании критических внешних параметров. Такие покрытия обеспечивают повышение циклической прочности.

Эффективно также нанесение жаростойких покрытий в режиме самоорганизации процесса. Это достигается путем выбора химической системы и модифицирующих элементов при разработке материала основного слоя; при этом самоорганизация структуры покрытия с заданными функциональными свойствами происходит таким образом, что образуются многослойные покрытия. Разработаны для промышленного внедрения самоорганизующиеся покрытия на основе порошкообразного кремния, получаемого специальным методом, обеспечивающим узкий гранулометрический состав.

Однако изготовление деталей из композиционных материалов при условии, что требуется дальнейшая обработка детали, существенно осложняется и удорожается. В этой связи перспективны технологии литья композиционных изделий, например тяжелонагруженных подшипники в судостроении.

Трудности, возникающие при практической реализации идеи композиционного материаловедения, обусловлены, прежде всего, несовершенством конструкции создаваемых композиционных материалов, т.к. по своей структуре они еще недостаточно приближены к структуре природных материалов, являющихся оптимальным композитом.

Большое внимание уделяется также синергетике деформируемого твердого тела, являющейся теоретической базой для создания экстремальных технологий получения материалов с заданными свойствами.

Проводимые научные исследования должны включать:

1. Разработку теоретических основ экстремальных технологий получения и обработки металлических материалов и принципов управления эксплуатационными свойствами материалов и изделий.

2. Разработку и внедрения технологии высокоэнергетического, в частности электроимпульсного прессования как эффективного способа формирования диссипативных структур в металлах и композиционных материалах.

3. Развитие технологии получения материалов с оптимальной фрактальной структурой на основе синергетики структурообразования в литых и деформируемых сплавах.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое экстремальные технологии?

2. Какие вы знаете новые технологии получения материалов с заданными свойствами?

3. Опишите способ получения порошковых интерметалидов?

4. Что такое самоорганизующиеся покрытия?

Перечень ссылок

1. Арзамасов Б. Н. Материаловедение / Б. Н. Арзамасов, И. И. Сидорин, Г. Ф. Косолапов и др.; под ред. Б. Н. Арзамасова. М.: Машиностроение, 1986. 384 с.

2. Лахтин Ю. М. Материаловедение / Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева. М.: Машиностроение, 1990. 528 с.

3. Прусаков Б. А. Проблемы материалов в ХХI веке / Б. А. Прусаков // Металловедение и термическая обработка металлов. 2001. № 1. С. 3-5.

Размещено на Allbest.ru