Старостіна О. В. Формування наношаруватих Mn+1AXn матеріалів систем Ti-Al-C(N) в широкому діапазоні тисків та температур

У роботі вирішена актуальна науково-технічна задача, що полягала у встановлені закономірностей формування матеріалів на основі наношаруватих Mn+1AXn фаз системи Ti-Al-C(N) і їх твердих розчинів в широкому діапазоні зміни тисків (0,5-7,7 ГПа) та температур (950-1960 оС), на основі чого було створено високощільні матеріали на основі Ti3AlC2 з високим рівнем механічних, демпфувальних властивостей, жаростійких і корозійностійких на повітрі і у водні, а також порошків Ti3AlC2 з високою полірувальною здатністю. Для розроблених матеріалів були знайдені нові області ефективного застосування - в якості конструкційних матеріалів для потреб водневої енергетики (зокрема, для паливних комірок), в якості демпфувальних підкладок під різальний інструмент та полірувального матеріалу при фінішній обробці кристалів дорогоцінного і штучного каміння. Встановлено, що збільшення кількості нітрогену в твердих розчинах Ti2Al(C1-xNx) від х = 0 до х = 0,75 приводить до зменшення стійкості матеріалу до окиснення при нагріванні, а збільшення кількості шарів TiC в структурі МАХ фаз системи Ti-Al-C приводить до зростання стійкості до окиснення на повітрі, що пов'язується зі збільшенням кількості міцних ковалентних зв'язків. Показано, що стійкість до окиснення матеріалів на основі Ti3AlС2 істотно зростає зі зменшенням їх пористості від 22% до 1%. Встановлена і кількісно оцінена демпфувальна здатність матеріалів на основі Ti3AlC2. Логарифмічний декремент загасання коливань, сігма, зростає зі збільшенням часу та тиску спікання: при збільшенні часу синтезу при 0,1 МПа та 1250 оС від 1 до 3 год. для матеріалів пористістю 11-13% сігма х 10 зростає з 5,54 ± 0,87 % до 14,16 ± 1,37 %, а при витримці 1 год. при 1300-1350 оС підвищення тиску від 0,1 МПа до 30 МПа приводить до зростання у 4 рази і зменшення пористості до 1 %. Синтезований при 5х10-3 МПа і ущільнений за розробленою технологією при 30 МПа, 1350°С матеріал на основі МАХ фази Ti3AlС2 (89% Ti3AlC2, 6% TiC, 5% Al2O3) має унікальний комплекс властивостей: густину 4,27 г/см3 (пористість 1%); мікротвердість Нµ = 4,6 ГПа (при 5 Н), твердість HV = 630 (при 50 Н) і HRA = 70 (при 600 Н), модуль Юнга 140±29 ГПа; міцність під час згинання - 500 МПа і стискання - 700 МПа; статичну тріщиностійкість 10,2 МПа·м1/2, логарифмічний декремент загасання коливань сігма х 10=24,5 ± 1,8 %, причому його міцність під час згинання після витримки у водні при 600 оС протягом 3 год зменшується лише на 5 %, а після 1000 годинної витримки на повітрі при 600°С даний матеріал виявився стійкішим до окиснення, ніж феритні сталі типу Crofer GPU i Crofer JDA.