Директор нуц свс д т. н., проф., академик раен, почетный доктор Горной Академии Колорадо (сша), Левашов Евгений Александрович
Скачать 365.3 Kb.
|
| Научно-учебный центр СВС МИСиС-ИСМАН (НУЦ СВС) Директор НУЦ СВС - д.т.н., проф., академик РАЕН, почетный доктор Горной Академии Колорадо (США), Левашов Евгений Александрович 1.1. Научно-учебный центр СВС МИСиС-ИСМАН (НУЦ СВС) был создан совместным приказом-постановлением Гособразования СССР и Президиума АН СССР № 744/119 от 21.09.1989, как первый в стране совместный научно-образовательный центр, объединяющий усилия и ресурсы высшего учебного заведения и академического института в проведении фундаментальных исследований, разработке и внедрении достижений на предприятиях, подготовке и переподготовке специалистов по различным аспектам научной проблематики. НУЦ СВС существует в качестве структурного подразделения НИТУ «МИСиС» объединяя ведущих специалистов МИСиС и ИСМАН в области химической физики, физики горения и взрыва, структурной макрокинетики, физического материаловедения, порошковой металлургии, обработки металлов давлением, теории металлургических процессов. НУЦ СВС является признанным в мире мультидисциплинарным научно-образовательным центром по разработке новых материалов (керамика, металлокерамика, интерметаллиды, композиционные и функционально-градиентные материалы, многокомпонентные и многослойные наноструктурированные пленки, твердые трибологические покрытия, коррозионно- и жаростойкие покрытия, многофункциональные биоактивные наноструктурные пленки, самосмазывающиеся покрытия, дисперсно-упрочненные наночастицами материалы и покрытия), технологий получения (СВС, порошковая металлургия, магнетронное напыление при ассистировании ионной имплантацией, электроискровое легирование, термореакционное электроискровое упрочнение), методик выполнения измерения механических и трибологических свойств наноструктурных пленок и покрытий, в том числе создания государственных стандартных образцов и их метрологического сопровождения. 1.2. Основные научные направления - Физикохимия процессов горения, теория самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) (руководители: проф. Е.А. Левашов; проф. А.С. Рогачев); - Структурная макрокинетика, механизмы формирования структуры продуктов гетерогенных химических реакций в волне горения различных СВС- систем. Механическое активирование экзотермических смесей - как эффективный способ управления кинетикой процесса и свойствами продуктов (руководители: проф. Е.А. Левашов; проф. А.С. Рогачев; в.н.с., доцент В.В. Курбаткина); - Разработка и синтез дисперсно-упрочненных наночастицами металломатричных композитов для алмазного инструмента нового поколения (руководители: проф. Е.А. Левашов; в.н.с., доцент В.В. Курбаткина); - Разработка и синтез новых классов конструкционных и инструментальных керамических и металлокерамических материалов, дисперсионно-твердеющих и дисперсно-упрочненных наночастицами, в том числе электродных материалов для ионно-плазменного и ионно-лучевого распыления, импульсного электроискрового легирования, термореакционного электроискрового упрочнения (руководитель: проф. Е.А. Левашов); - Физикохимия многофункциональных и функционально-градиентных материалов (ФГМ), в том числе алмазосодержащих, электродных, ударостойких материалов (руководитель: проф. Е.А. Левашов); - Физика плазмы, теория ионно-плазменных и ионно-лучевых процессов. Ионная имплантация (руководители: гл.н.с., проф. Д.В. Штанский; проф. Е.А. Левашов); - Кинетика и механизм формирования наноструктурных тонких пленок и покрытий (сверхтвердых, биосовместимых, жаростойких, коррозионностойких, оптических, резистивных), полученных методами магнетронного напыления, ионной имплантации, импульсного лазерного осаждения, импульсного электроискрового упрочнения, термореакционного электроискрового упрочнения с использованием композиционных СВС- мишеней и электродов (руководители: гл.н.с., проф. Д.В. Штанский; проф. Е.А. Левашов); - Создание метрологического комплекса и нормативно-методической базы для обеспечения единства измерений механических и трибологических свойств наноструктурированных поверхностей и продукции наноиндустрии. (руководители: проф. Е.А. Левашов; с.н.с., доцент Петржик М.И.); - Разработка и синтез огнеупорной СВС- керамики металлургического назначения. Исследование закономерностей взаимодействия керамических материалов с металлургическими расплавами. Разработка новых огнеупорных композиций, в том числе для центробежного литья прецизионных сплавов медицинского назначения (руководитель: проф. М.Р. Филонов); - Разработка и синтез жаропрочных и жаростойких композиционных материалов с интерметаллидной матрицей (руководитель: проф. Е.А. Левашов). Научные направления носят инновационную направленность и соответствуют приоритетному направлению развития науки, технологий и техники Российской Федерации «Индустрия наносистем и материалы», критические технологии: «Нанотехнологии и наноматериалы», «Технологии создания и обработки кристаллических материалов со специальными свойствами», «Технологии создания композиционных и керамических материалов», «Технологии создания биосовместимых материалов». Указанные направления развиваются от фундаментальных и проблемно-ориентированных НИР через ОКР, изготовление опытных образцов и партий изделий, проведение испытаний, а также маркетинговых и патентных исследований к освоению серийного производства новых материалов, оказания научно-технических услуг предприятиям. 1.3. Кадровый потенциал. Участие сотрудников подразделения в работе диссертационных советов, редакционных коллегий журналов, в работе международных научных советов. В центре работает более 30 сотрудников, включая 5 докторов наук и профессоров, 11 кандидатов наук и доцентов, 14 ИТР, 6 аспирантов, 12 студентов. Сотрудники центра участвуют в работе диссертационных советов Д 212.132.05 при МИСиС и Д 002.092.01 при ИСМАН, редакционных коллегий журналов: «Известия вузов. Цветная металлургия»; «Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия»; «Цветные металлы»; «International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis»; «Физическая инженерия поверхности»; «Металловедение и термообработка материалов». Участвуют в работе научных советов и комитетов, в том числе: научный совет РАН по горению и взрыву; международный комитет по функциональным градиентным материалам; Европейский совместный комитет по плазме и инженерии поверхности; международный комитет конференции «Plasma Surface Engineering»; международный комитет по СВС; Российско-Французский международный комитет «Новые достижения в материаловедении и охране окружающей среды»; международная лаборатория ACSEL (Advanced Coatings and Surface Engineering Laboratory); международный комитет «Metallurgical Coatings and Thin Films», международный комитет Европейской конференции по нанопленкам. НУЦ СВС участвует в реализации проектов международных фондов и программ: «Эврика», МНТЦ, 6-ая и 7-ая Рамочные программы Евросоюза. За период с 1989 г. по 2009 г. опубликовано более 600 статей в международных и национальных реферируемых журналах, 55 авторских свидетельств и патентов (в т.ч. 16 международных патентов), 8 книг. Научные группы НУЦ СВС сотрудничают с ведущими исследовательскими центрами США, Европы, Японии, Китая. Ведется подготовка кадров по специализациям «Структурная макрокинетика» и «Физико-химические основы синтеза неорганических материалов в режиме горения» в рамках специальности 070800 и специализации «Технологии СВС» в рамках специальности 110800.
2.1 Достигнутые в 2009 году результаты 2.1.1. Теория СВС, структурная макрокинетика, механизмы фазо- и структурообразования, применение механического активирования для управления кинетикой процесса и свойствами продуктов синтеза. Применена технология СВС- компактирования со стадией предварительного механического активирования шихты, позволяющая получать компактные керамические материалы в системах Cr-B и Ti-Cr- В и экспериментально получены образцы композиционных керамических материалов. Исследовано валияние параметров МА на состав и структуру исходной шихты, температуру и скорость горения, количество выделяющегося тепла и скорость тепловыделения, состав, структуру и свойства конечных продуктов. Установлено, что в результате МА возрастает скорость тепловыделения и реакционная способность смеси за счет измельчения частиц титана и хрома, уменьшения областей когерентного рассеяния, увеличения плотности дефектов структуры и дислокаций. Определены режимы МА, при которых количество выделяющегося тепла и скорость тепловыделения максимальны. Предложен механизм фазо- и структурообразования в волне горения. Определена активная роль кислорода, содержащегося в поверхностных слоях как исходных, так и активированных реагентов, заключающаяся в транспорте бора, обеспечивая увеличение эффективной реакционной поверхности. При увеличении содержания кислорода в шихте возрастает роль газотранспортного переноса бора к поверхности хрома и титана. Лимитирующей стадией взаимодействия хрома и титана с бором становится реакционная диффузия. Исследованы особенности фазо- и структурообразования продуктов синтеза в системе Cr-B и Ti-Cr-B. Показано, что увеличение содержания Cr при постоянном отношении Ti/B приводит к исчезновению фазы моноборида титана и образованию в продуктах синтеза новых ранее не изученных тройных соединений с возможными формулами Ti2CrB2 и Cr4Ti9B. Изучено влияние параметров СВС- компактирования на плотность синтезированных продуктов. Разработана методика получения экспериментальных образцов и определены оптимальные режимы СВС- компактирования, обеспечивающие получение композиционных керамических материалов с пористостью на уровне 2-3%. Исследованы свойства разработанных материалов: плотность, пористость, твердость, жаростойкость. С повышением концентрации хрома в системе Ti-Cr-B наблюдается уменьшение пористости от 6 до 2 %, рост твердости от 14 до 16 ГПа. Наибольшей твердостью (16 ± 1,4) ГПа обладает образец TiB+30%Cr, а также повышение жаростойкости, так, например, для образца с 10% хрома скорость окисления составила 1х10-3 г/м2с, а с 40% хрома – 2х10-4 г/м2с. Подобранны аппроксимирующие функции, характеризующие процесс окисления образцов при t=900˚C в течение τ=30 ч на воздухе. Лимитирующим процессом роста оксидной пленки является диффузия кислорода Проведены исследования макрокинетических характеристик процессов горения реакционных смесей в системе Ti-Al-Si3N4-C, рассчитанных на образование X×TiAl3+(100-X)×(TiC0,5+Ti5Si3+AlN), где X – параметр зашихтовки от 10 до 50 %. Установлены закономерности процесса горения реакционных смесей, что позволило сделать вывод о необходимости использования дополнительного источника тепла (внешнего или внутреннего) для реализации процесса СВС во всем диапазоне параметров зашихтовки. Показано, что увеличение Х, т.е. увеличение содержания TiAl3 в конечных продуктах, приводит к снижению температуры и скорости горения. Зависимости температуры горения от начальной То близки к линейным, однако увеличение температуры горения примерно в два раза меньше, чем увеличение начальной температуры. Например, повышение начальной температуры на 300 градусов вызывает рост температуры горения примерно на 150 градусов. Вероятно, это можно объяснить влиянием фазовых превращений (плавлением) при высоких температурах, а также нелинейным ростом тепловых потерь на излучение. Исследованы особенности фазо- и структурообразования продуктов синтеза в системе Ti-Al-Si3N4-C. Установлено, что основными структурными составляющими продуктов синтеза являются зерна TiCxNy и связующие фазы TiAl3 и Ti5Si3. Увеличение параметра зашихтовки приводит к образованию в конечных продуктах макс-фазы Ti3SiC2, имеющей характерную слоистую структуру, а также приводит к снижению доли фаз Ti(C,N) и Ti5Si3 и увеличению доли TiAl3. Определены оптимальные режимы технологического процесса силового СВС- компактирования и разработана методика получения экспериментальных образцов, позволяющая получать композиционные керамические материалы с высокой относительной плотностью – 96-99 %. Получены экспериментальные образцы композиционных керамических материалов и мишеней в виде дисков диаметром 48, 78 и 125 мм и в виде прямоугольных сегментов шириной 75 и 90 мм с толщиной 6-8 мм на основе TiCxNy, Ti5Si3, TiAl3, и проведены их лабораторные испытания. По результатам лабораторных испытаний физико-механических свойств и жаростойкости полученных керамических материалов установлена обратная зависимость плотности и твердости продуктов синтеза от параметра зашихтовки. Наибольшим значением твердости (10,3 ГПа) обладает образец с параметром зашихтовки Х = 10 %. Показано, что продукты синтеза, полученные при Х = 28,1 %, обладают наименьшей остаточной пористостью, наибольшей скоростью звука и наибольшей прочностью на изгиб. Комплексные исследования керамических материалов на основе TiCxNy, Ti5Si3, TiAl3 показали, что они обладают относительной плотностью 96,3-99,5 %, твердостью 8-10 ГПа, пределом прочности на изгиб 169-218 МПа, модулем упругости 385-521 МПа и превосходной жаростойкостью – скорость окисления на воздухе при 900оС составляет 5·10-5г/м2×с. Данные работы выполнялась по следующим проектам: - Тема № 7164201, государственный контракт 02.740.11.0133 от 15.06.2009 по теме: «Проведение научных исследований коллективом Научно-образовательного центра НУЦ СВС МИСиС-ИСМАН в области создания и обработки композиционных керамических материалов», лот № 10, шифр заявки 2009-1.1-210-027-001 ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (руководитель: проф., д.т.н. Левашов Е.А.). Объем 2009 г = 5 000 000 руб. Партнерами по данным проектам являются: ИСМАН. 2.1.2. Разработка керамических и металлокерамических дисперсионно-твердеющих и дисперсно-упрочненных наночастицами материалов, в т.ч. электродных для ионно-плазменного и ионно-лучевого распыления, импульсного электроискрового легирования, термореакционного электроискрового упрочнения Разработаны научные принципы создания нового поколения наноструктурированных электродных материалов для процессов упрочнения и восстановления поверхности. Определены составы реакционных смесей для синтеза дисперсно-упрочненных наночастицами металлокерамических материалов на основе карбида титана, никелида титана и алюминида никеля. Разработаны методики получения методом силового СВС- компактирования наноструктурированных материалов, на основе TiC-NiMo, TiC-TiNi и NiAl-TiN с использованием эффекта дисперсного упрочнения СВС- продуктов наночастицами тугоплавких соединений для процессов упрочнения. Исследовано влияние нанодисперсных компонентов тугоплавких соединений Al2O3, ZrO2, WC на макрокинетику процесса горения в системах Ti-C-Ni-Mo, Ti-C-Ti-Ni и Ni-Al-TiN, а также на процессы фазо- и структурообразования продуктов синтеза. Показано, что в случае системы Ti-C-Ni-Mo, в которой ведущей является высокоэкзотермичная реакция образования карбида титана, введение добавок нанодисперсных компонентов в состав исходной реакционной смеси приводит к снижению адиабатической температуры горения (в среднем на 300 К). В тоже время для систем Ti-C-Ti-Ni и Ni-Al-TiN, в которых температура горения равна температуре плавления основного продукта химического взаимодействия (интерметаллиды TiNi и NiAl) разбавление исходной шихты добавками нанодисперсных порошков в количестве до 7 % по объему не оказывает влияния на адиабатическую температуру горения. Во всех исследуемых системах подобное легирование нанокомпонентом приводит к снижению скорости горения в 1,5-2 раза. Введение в состав реакционной смеси наночастиц тугоплавких соединений способствует модифицированию структуры продуктов синтеза, при котором средний размер зерен основной износостойкой фазы уменьшается в 1,5-3,5 раза, что оказывает позитивное влияние на физико-механические свойства материалов. Проведены комплексные исследования физико-механических свойств и жаростойкости дисперсно-упрочненных наночастицами материалов на основе карбида титана, никелида титана и алюминида никеля, которые подтвердили эффект позитивного влияния наночастиц тугоплавких соединений на такие характеристики как относительная плотность, твердость, прочность и стойкость к высокотемпературному окислению. Так, наноструктурированные электродные материалы обладают высокой относительной плотностью до 99,1 %, пределом прочности на изгиб до 951 МПа, повышенной твердостью до 22,4 ГПа, низкой скоростью окисления на воздухе 1,2×10-4 – 8×10-3 г/(м2×с) при температуре 1000 оС, и минимальным содержанием примесей, концентрация которых не превышает 0,9 %. Из полученных наноструктурированных материалов изготовлены экспериментальные образцы стержневых и дисковых электродов и проведены их лабораторные испытания в условиях импульсных электроискровых процессов с целью исследования кинетики формирования покрытий. Лабораторные испытания проводились специалистами Лаборатории химической динамики Института ядерных наук ВИНЧА (г. Белград, Сербия). По результатам испытаний установлен эффект значительного увеличения коэффициента переноса (в некоторых случаях до 15 раз), по сравнению с использованием базовых электродных материалов, не содержащих в своем составе нанодисперсных компонентов. Данные работы выполнялась по следующим проектам: - Тема № 3164601 Аналитической ведомственной ФЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» (Рособразование) по теме: «Исследование процесса импульсного электроискрового модифицирования металлических поверхностей при использовании наноструктурированных электродов». (руководитель: проф., д.т.н. Левашов Е.А.). Объем 2009 г = 2 423 600 руб - Тема № 7164202, государственный контракт № 02.513.11.3472 от 18.06.2009 по теме: «Разработка нового поколения наноструктурированных материалов для упрочнения и восстановления поверхности с участием научных организаций Сербии» ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 - 2012 годы». (руководитель: проф., д.т.н. Левашов Е.А.). Объем 2009 г = 2 000 000 руб. - Тема № 1164017, договор с ФГУП ММПП «Салют» № 052/08-503/1079-85 от 1 августа 2008 г. НИОКР: «Разработка и внедрение технологии электроискрового легирования с применением новейших составов наноструктурных и модифицированных нанодисперсными компонентами электродных материалов компрессорных лопаток перспективного ГТД для повышения их износостойкости и работоспособности» (руководитель: проф., д.т.н. Левашов Е.А.). Объем 2009 г = 750 000 руб. - Партнерский проект МНТЦ 3616 по теме: «Разработка экологически чистого сухого процесса механической обработки» с Национальной лабораторией Брукхевена, компанией «Дженерал Моторс» и Департаментом энергетики США (рук: проф., д.т.н. Левашов Е.А.). Объем 2009 г = 230 000 долларов США. Партнерами по данным проектам являются: МГУПИ, С-ПГТУ, ИОФАН, ИТМО, ОАО ПКО «Теплообменник» (г. Нижний Новгород), ОАО Научно-исследовательский институт стали, ФГУП ПО Уралвагонзавод им. Ф. Э. Дзержинского, ФГУП ММПП «Салют», ОАО Энергомаш им. академика Глушко (г. Химки), ОАО НПО «Сатурн», ООО «Компоненты двигателя» (г. Москва), Институт ядерных наук ВИНЧА (г. Белград, Сербия) и др. |
Похожие:
 | Физикохимия процессов горения, теория самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (свс) (руководители: проф. Е. А. Левашов,... |  | Научный редактор: доктор философских наук, доктор медицинских наук, академик раен, профессор Б. А. Астафьев |
| Рецензенты: академик Академии правовых наук Украины, д-р юрид наук, проф. В. Ф. Сиренко; президент Одесской национальной юридической... | | Механическое активирование реакционных порошковых смесей как эффективный способ управления кинетикой процессов горения, спекания... |
| Усанов Владимир Евгеньевич – академик Российской академии образования доктор юридических наук, профессор, директор Института научной... | | Г. А. Куманев, доктор исторических наук, профессор, академик раен, руководитель Центра военной истории России Института российской... |
| Действительный член бпа, доктор педагогических наук, Почётный работник высшего профессионального образования рф, профессор А. П.... | | П. А. Чекмарев, директор Департамента растениеводства, химизации и защиты растений Минсельхоза России, Академик ран, доктор с Х.... |
| | Алимбаев Т. А. директор Института подготовки управленческих кадров Академии государственной службы при Президенте Республики Казахстан,... |