Проекты

Разработка высокоэффективных антифрикционных алюминиевых сплавов, технологии их изготовления и монометаллических подшипников скольжения из них, работающих в условиях жидкостного и граничного трения

Проект выполняется в рамках Соглашения о предоставлении субсидии №14.574.21.0179 от 26.09.2017 г. с Министерством образования и науки Российской Федерации. Уникальный идентификатор RFMEFI57417X0179. Сроки выполнения проекта 2017-2019 гг. 

Руководитель проекта: д.т.н. Гершман И.С.

Цели выполнения проекта:

1. На основе результатов исследования поверхностных структур, образующихся при трении, разработать антифрикционные сплавы для монометаллических подшипников скольжения на основе алюминия.

2. Разработать технологию изготовления антифрикционных алюминиевых сплавов.

3. Разработать технологию изготовления монометаллических подшипников из новых сплавов на основе алюминия.

Перечень планируемых научных и научно-технических результатов:

1. Экспериментальные высокоэффективные антифрикционные алюминиевые сплавы из рассчитанных по результатам проведения исследований оптимальных составов, полученные методом спекания и литья.

2. Экспериментальные образцы монометаллических подшипников скольжения из разработанных высокоэффективных антифрикционных алюминиевых сплавов, работающих в условиях жидкостного и граничного трения.

3. Технологическая инструкция плавки и отливки экспериментальных сплавов.

4. Технологическая инструкция спекания экспериментальных антифрикционных сплавов на основе алюминия.

5. Технологическая инструкция на изготовление монометаллических подшипников скольжения из экспериментальных антифрикционных алюминиевых сплавов.

6. Проект технических условий на монометаллические подшипники скольжения из высокоэффективных антифрикционных алюминиевых сплавов.

7. Проект технического задания на проведение опытно-технологических работ по теме: «Разработка технологии изготовления монометаллических подшипников скольжения из алюминиевых антифрикционных сплавов с повышенным комплексом эксплуатационных характеристик».

Получение методом искрового плазменного спекания изделий комплексной геометрической формы

Проект выполнялся в рамках Договора №2616-38-00875/16 от 12.02.2016 г. с Российским фондом фундаментальных исследований. Сроки выполнения проекта 2016-2017 гг.

Руководитель проекта: к.т.н. Перетягин П.Ю.

Цель проекта

Получение изделия сложной геометрической формы в виде сменной многогранной режущей пластины, методом гибридного искрового плазменного спекания.

В качестве исходного материала выбран керамический нанокомпозит Al2O3-SiCw. Данный керамика отлично зарекомендовала себя в качестве инструмента для обработки широко востребованных на рынке жаропрочных сплавов на основе никеля, которые используются в таких важных областях как энергетике, обороной промышленности, машино - и авиастроении.

Основные результаты проекта

1. Проведено математическое моделирование процесса гибридного искрового плазменного спекания образцов сложной геометрической формы. Созданы модели процесса консолидации порошков в графитовых пресс-формах в готовые керамические образцы в виде прямоугольной призмы. Моделирование проводилось методом конечных элементов в среде численного моделирования COMSOL Multiphysics. По результатам моделирования спроектирована и изготовлена специальная графитовая оснастка для спекания пластин квадратного сечения.

2. Получена композиция порошкового керамического материала Al2O3-SiCw методом коллоидного смешивания в среде алкоголятов, аттриционного измельчения и просушивания методами     распылительной сушки.

3. Методом гибридного искрового плазменного спекания изготовлен образец материала в виде пластины квадратного сечения. Спекание порошковой смеси проводилось на установке модели KCE H-HP D 25-SD производства FCT (Германия). Подобраны оптимальные режимы спекания порошковой керамической композиции.Показано, что использование ГИПС позволило получить высокоплотную (99,2% от теоретической плотности) керамику сложной формы с однородной мелкозернистой структурой и повышенными механическими свойствами.

4. Проведены исследование свойств спеченных материалов в виде пластины квадратного сечения. Результаты экспериментальных исследований механических свойств и микроструктуры образцов наноструктурированного керамического материала Al2O3-17 об% SiCw комплексной формы показали сохранение изотропии свойств по всем направлениям. Важно отметить, что образцы керамики, полученные в пресс форме квадратного сечения не имеет большого различия в значениях твердости, трещиностойкости.

5. Проведены стойкостные испытания полученных керамических материалов. Испытания проводили в производственных условиях на токарно-винторезном станке модели 16К20 нормальной точности путем продольного точения прутков из жаропрочного сплава. При испытаниях на резание в качестве критерия был выбран износ по задней поверхности. При этом величину износа по задней поверхности, равную 0,5 мм, считали критерием затупления. Испытания показали, что режущие свойства (Кст) у полученных изделий не ниже, чем у контрольного материла.

Обобщая результаты можно сделать вывод, что при помощи оптимизации технологических параметров процесса гибридного искрового плазменного спекания и специально разработанной графитовой оснастки удалось получить высокие значения механических свойств, а также обеспечить их равномерное распределение по всему объему спеченных керамических нанокомпозитов квадратного сечения.

По результатам выполнения исследований опубликованы 2 научных статьи.

Разработка технологии изготовления нанокомпозита на основе меди для замены серебра в разрывных электрических контактах

Проект выполнялся в рамках Соглашения о предоставлении субсидии № 14.577.21.0199 от 27 октября 2015 г. с Министерством образования и науки Российской Федерации. Уникальный индентификатор проекта RFMEFI57715X0199. Сроки выполнения проекта 2015-2017 гг.

Руководитель проекта: д.т.н. Гершман И.С.

Цель проекта

Разработка технологии получения нанокомпозита на основе меди путем искрового плазменного спекания и механического легирования, способного заменить серебро в разрывных электрических контактах, с минимальными технологическими потерями материала.

Проект направлен на решение задачи экономии материальных ресурсов, в частности драгоценных металлов, а именно серебра в электротехнике (разрывные электрические контакты). Для этого предлагается разработать материал, который сможет заменить серебросодержащие материалы в разрывных электрических контактах и технологию его изготовления.

Основные результаты проекта

1. Разработана технология изготовления нанокомпозитного материала на основе меди, основанная на методах порошковой металлургии, включающая, в частности, механическое легирование и искровое плазменное спекание.

2. Разработаны методики исследований и испытаний материала.

3. Разработаны и предложены дополнительно к традиционным требования к новому материалу: температура начала разупрочнения выше 700 °С, размер дисперсных частиц должен быть не более 200 нм.

4. Выполнены экспериментальные исследования нового материала и технологические разработки по его изготовлению различными методами. Технологические разработки включали исследования и оптимизацию всего комплекса операций по изготовлению дисперсно-упрочненного композита на основе меди, способного заменить серебро в разрывных электрических контактах.

5. Рассмотрены материалы на основе систем Cu-Al2O3, Cu-Al, Cu-Al-Ti-Hf, Cu-Al-Hf. На всех материалах были определены твердость, предел прочности на сжатие, удельная электропроводность, температура разупрочнения, плотность. Лучшие материалы подвергались стендовым испытаниям на реальном контакторе.

6. Изготовлен дисперсно-упрочненный композиционный материал на основе меди Cu-Al2O3, обладающей удельной электропроводностью выше, чем удельная электропроводность стандартного композита Ag-CdO, температурой разупрочнения 800°С, твердостью более 130 НВ, контактным электрическим сопротивлением более чем в 2 раза меньшим по сравнению с медью. Эти показатели позволяют использовать изготовленный материал взамен серебра в разрывных электрических контактах.

Новым являются разработанные технологии, в которых объединены методы перемешивания и механического легирования, термохимической обработки и искрового плазменного спекания для данного класса материалов. Разработаны новые методики оценки переходного сопротивления.

Свойства изготовленных по разработанным технологиям материалов позволяют использовать их для замены серебра в разрывных электрических контактах.

Полученный материал обладает высокой жаропрочностью при высоком значении электро- и теплопроводности, что позволяет использовать его в различных отраслях энергетики и транспорта.

По результатам выполнения второго этапа исследований опубликованы 5 научных статьи в журналах, входящих в  базы данных «Скопус» Scopus и Сеть науки (Web of Science), поданы 3 заявки на изобретение.

Назначение и область применения результатов

1. Область науки - материаловедение.

Техническая область применения - электротехника.  Все отрасли машиностроения и транспорта, где используются серебряные контакты.

2. Практическое использование и перспективы использования результатов работ состоит в том, что разрабатываемый материал сможет заменить серебро в разрывных электрических контактах электрооборудования, где используется около 40 % серебра.