Сибирский композит: ученые в 2 раза повысили стойкость титана

Листайте вправо, чтобы увидеть больше изображений

Сотрудники Института теоретической и прикладной механики имени Христиановича Сибирского отделения РАН разработали инновационный композит на основе титана, усиленный частицами карбида бора B4C (B12C3). Это керамическое соединение отличается рекордной твердостью, и его внедрение в металлическую матрицу позволило увеличить износостойкость материала примерно вдвое по сравнению с традиционным комплексам титана и соединений бора.

Статья с подробностями опубликована в международном научном журнале Surfaces and Interfaces.

Карбид бора — бинарное соединение бора с углеродом. При нормальных условиях — чёрные кристаллы. Впервые получен в 1893 г. А.Муассаном путём восстановления оксида бора углеродом при 2000°C.

Как закалялся титан

Исследователи использовали метод аддитивного лазерного выращивания (3D-печать металлокерамики), вводя керамические частицы непосредственно в титан. Главной технологической сложностью было избежать образования трещин при сочетании металлической матрицы и керамических включений — для этого разработали специальный модуль подогрева подложки, поддерживающий стабильную температуру около 500°C во время наплавки.

После синтеза ученые провели сложный металлографический и спектральный анализ структуры, в том числе с помощью методов электронной микроскопии и синхротронной дифракции, что позволило подтвердить прочность и однородность образцов композита.

Сценарии растворения керамических частиц при различных условиях синтеза: а — минимальная степень растворения; б — образование химической межфазной границы (интерфазы); в — чрезмерное растворение с фрагментацией частиц B4C

Применение и перспективы

Высокопрочный материал может найти широкое применение везде, где требуется сочетание низкого удельного веса, высокой прочности и износостойкости — от авиационной и автомобильной промышленности до энергомашиностроения и тяжелого строительного оборудования. Усиление износостойкости позволяет увеличить срок службы деталей и конструкций, уменьшить частоту техобслуживания и повысить эффективность узлов трения.

Сходные подходы с использованием карбидов и других керамических усилителей уже применяются в других современных материалах: например, добавление TiC и гексагонального нитрида бора в алюминиевые матрицы показывает улучшение трибологических свойств композитов, что подчеркивает перспективность таких инженерных решений в целом.

Графический экстракт в рецензируемом журнале

Новые технологии позволяют впервые варьировать свойства металлокерамического изделия во время синтеза, что открывает новые горизонты для создания материалов с прогнозируемыми прочностными характеристиками.Илья Герцель

Стойкость материалов к экстремальным нагрузкам — безусловное требование времени. Недавно мы рассказали, как напечатанные на 3D-принтере детали выдержали температуры ракетных двигателей.