Разработка композиционного материала на основе титанового порошка, армированного диборидом гафния, для термобарьерных покрытий

Период реализации проекта: 02.2022 – 12.2026
Исполнитель: НИЦ «Курчатовский институт» — ЦНИИ КМ «Прометей»
Руководитель проекта: Бобкова Т.И.

Плановый результат

Результатом проекта будет являться технология изготовления новейшего композиционного материала, обеспечивающего проектирование, изготовление и безопасную эксплуатацию (в том числе в экстремальных условиях) изделий и объектов современного машиностроения с функциональными титаноматричными покрытиями повышенной твердости и повышенным температурным диапазоном эксплуатации.

Текущий результат
  • Проведен анализ научной и патентной литературы в области создания термобарьерных покрытий;
  • Изготовлен лабораторный образец композиционного материала на основе титанового порошка, армированного диборидом гафния;
  • Проведено исследование процесса механохимического синтеза композиционного материала на основе титанового порошка, армированного диборидом гафния;
  • Проведено комплексное исследование образцов изготовленного композиционного материала на основе титанового порошка, армированного диборидом гафния;
  • Разработаны оптимальные условия механохимического синтеза композиционных частиц с эквивалентным диаметром 40-60 мкм;
  • Проведен поиск заинтересованных предприятий машиностроительной отрасли, осуществляющих деятельность, связанную с реинженирингом газовых турбин, газоперекачивающих агрегатов, лопаток, камер сгорания и трубопроводной арматуры;
  • Проведены исследования изделий из титанового сплава ПТ-48, изготовленных методом горячего изостатического прессования, с целью определения возможности напыления на них термобарьерных покрытий;
  • Получены покрытия с антизадирными и защитными свойствами для титанового сплава марки ПТ-48. Проведена обработка режимов напыления на образцах с определением характеристик покрытий.
Потенциальные потребители и перспективы коммерциализации результатов проекта

Предприятия-изготовители изделий и конструкционных элементов из титановых сплавов — Локальное повышение твердости и износостойкости поверхностных термобарьерных слоев на изделия и детали из титановых сплавов не менее, чем в 4 раза, за счет нанесения функциональных слоев из композиционного порошка системы «Ti- HfB2»

Бизнес-модель проекта ориентирована на предприятия, осуществляющие деятельность в машиностроительной отрасли промышленности, связанную с изготовлением и эксплуатацией деталей и изделий из титановых сплавов с упрочненными термобарьерными сломи, планируется к реализации по пути В2В продаж.
Эффективность бизнес-модели будет реализована за счет кастомизации продукта, адаптации технологии под конкретного потребителя и отказа от посредников.
Предварительный патентный поиск показал патентную чистоту создаваемого продукта. Так на рынке представлены титаноматричные композиты с армирующими наполнителями в виде диборида титана, карбонитрида титана и нитрида титана. Основным их недостатком для ключевого потребителя является эффективное повышение эксплуатационных свойств в узком диапазоне рабочих температур от -60 °С до 200 °С.

Перечень и описание научно-технологических задач, решаемых в ходе выполнения проекта
  • Определение оптимальных условий механохимического синтеза композиционных частиц с эквивалентным диаметром 40-60 мкм;
  • Разработка технологии синтеза объёмно-армированных композиционных порошковых материалов системы «Ti- HfB2»;
  • Разработка технологической карты формирования функциональных слоев толщиной не менее 100 мкм из вновь разработанного композиционного материала методом микроплазменного напыления;
  • Проведение комплексного исследования, включающего получение данных о целевых потребительских качествах потенциального продукта (микротверость, поведение материала при температурах эксплуатации выше 1000 °С).;
  • Определение концентрационных пределов соотношения матричного и армирующего компонентов в порошковой смеси для синтеза композиционных порошков системы «Ti- HfB2»;
  • Разработка технологического регламента на процесс нанесения покрытий толщиной 50-150 мкм с улучшенными эксплуатационными характеристиками;
  • Оформление патента на способ синтеза композиционного порошка и процесс формирования термобарьерного покрытия.