Актуальность Проект является актуальным по следующим трём основным аспектам: 1) Технологический аспект: современная промышленность требует деталей, интегрирующих разнородные свойства. Традиционные методы (сварка, пайка) создают концентраторы напряжений в зонах соединения разнородных материалов, приводя к преждевременному разрушению. Технология прямого лазерного осаждения предлагает создание монолитных деталей с бесступенчатым переходом свойств, устраняя слабые места сборных конструкций. Однако отсутствие отработанных методик бездефектного синтеза градиентов разнородных металлов сдерживает внедрение технологии. 2) Фундаментальный аспект: формирование переходной зоны между материалами с резко отличающимися физико-химическими свойствами в условиях высоких градиентов температур сопровождается рисками генерации термических напряжений и трещин, образования хрупких интерметаллидов; неуправляемой пористостью, низкой прогнозируемостью свойств. 3) Промышленно-потребительский аспект: технология востребована в отраслях аэрокосмической промышленности, энергетики и термоядерных установок, биомедицины, пищевой, электронной и оборонной промышленности, а также общего машиностроения. Проблема Формирование переходной зоны между материалами с резко отличающимися физико-химическими свойствами (коэффициенты теплового расширения, параметры решетки) в условиях высоких градиентов температур процесса прямого лазерного осаждения (Direct Energy Deposition – DED) сопровождается рисками: – генерация термических напряжений и трещин; – образование хрупких интерметаллидов; – неуправляемая пористость; – отсутствие комплексных моделей, предсказывающих микроструктуру и свойства функционально-градиентных материалов (ФГМ) в зависимости от параметров DED, является основным барьером для создания надежных изделий. Проект направлен на восполнение этого пробела через интеграцию мультифизического моделирования и эксперимента. Цель Разработать технологию DED, обеспечивающую получение монолитных ФГМ-структур выбранной системы материалов с управляемым градиентом свойств и минимальной дефектностью в зонах межматериального перехода. Задачи 1) разработка имитационных моделей: создание термомеханических и микроструктурных моделей процессов в зоне стыка разнородных материалов при прямом лазерном осаждении, прогнозирующих возникновение дефектов (трещины, поры) и конечные свойства; 2) оптимизация параметров осаждения: экспериментальный подбор и валидация критических параметров DED (мощность лазера, скорость сканирования, шаг, расход/состав порошковой смеси, стратегия сканирования) для минимизации термических напряжений и дефектообразования в переходных зонах; 3) синтез и анализ ФГМ-образцов: изготовление серий образцов ФГМ с варьируемым градиентом состава. Комплексный анализ микроструктуры (SEM, РФА - фазовый и элементный анализ), механических и термофизических свойств в различных зонах, включая переходную; 4) верификация моделей и разработка методик: сопоставление данных моделирования с экспериментальными результатами, создание методик проектирования и изготовления ФГМ-деталей для конкретных применений; 5) подготовка результатов к публикации в рецензируемых журналах Q1-Q2 и определение наиболее эффективных путей их практического внедрения. Результат Экспериментально апробированная (путём создания бездефектного образца, проведения его металлографии, термических, механических испытаний и верификации результатов) технология изготовления изделий из ФГМ выбранной системы материалов методом прямого лазерного осаждения без применения сборочных операций. Промежуточные результаты: 1 год (текущий): изготовление образцов, проведение микроскопии, РФА фазового и элементного анализа, построение математической модели, формирование выводов и публикация результатов. 2 год: проведение эксперимента по прямому лазерному осаждению с применением УЗ-возбуждения ванны расплава, исследование полученных образцов, легирование вольфрамом, публикация результатов. 3 год: обобщение результатов, формирование выводов, демонстрация образца, изготовленного с применением разработанной технологии, проведение испытаний, публикация результатов, определение направлений продолжения исследований и наиболее эффективного внедрения разработок. Партнёры проекта — ***
