Теоретическое исследование упругих свойств новых жаропрочных сплавов на основе RuAl

• Автор: Блесков, Иван Дмитриевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Глава 1. Интерметаллид ИиА1 и сплавы на его основе
1.1. Введение
1.2. Структура и свойства
1.2.1. Электронная структура
1.2.2. Физические свойства
1.2.3. Упругие свойства
1.2.4. Кристаллическая структура и фазовая стабильность
1.3. Методы получения
1.3.1. Литье
1.3.2. Порошковая металлургия
1.3.3. Механическое сплавление
1.3.4. Осаждение тонких пленок
1.4. Механические свойства и поведение при деформации
1.4.1. Монокристаллы
1.4.2. Поликристаллы
1.5. Разрушение
1.5.1. Поведение при разрушении
1.5.2. Вязкость разрушения
1.6. Устойчивость к воздействию окружающей среды
1.6.1. Коррозионная стойкость
1.6.2. Окислительная стойкость
1.6.3. Эрозия
1.7. Применение
Глава 2. Методика проведения расчетов
2.1. Основы расчетов электронной структуры
2.1.1. Теория функционала электронной плотности
2.1.2. Методы решения уравнений Кона-Шема
2.1.3. Неупорядоченные сплавы

2.1.4. Приближение когерентного потенциала
2.2. Метод точных МТ-орбиталей
2.2.1. Одноэлектронные уравнения
2.2.2. Полная зарядовая плотность ч
2.2.3. Одноэлектронный потенциал
2.2.4. Функционал полной энергии
2.2.5. Численные детали расчетов
2.3. Параметры основного состояния и упругие свойства
2.3.1. Уравнения состояния
2.3.2. Расчет упругих постоянных для кубических монокристаллов
2.3.3. Упругие постоянные для поликристаллов
2.3.4. Оценка температуры плавления
Глава 3. Результаты
3.1. Параметры основного состояния
3.2. Упругие свойства сплавов Влюо-^Ме^АІ
3.2.1. Монокристаллы
3.2.2. Поликристаллы
3.2.3. Резюме
3.3. Электронная структура
3.3.1. Плотности электронных состояний бинарных интерметаллидов
3.3.2. Плотности электронных состояний сплавов Пихоо^Ме^АІ
3.3.3. Поверхности Ферми сплавов Шіюо-яМежАІ
Заключение
Литература

Актуальность работы. Реализация более высоких рабочих температур внутри камеры сгорания реактивного авиадвигателя или энергетической турбины ведет к увеличению эффективности их работы и, кроме того, к уменьшению количества вредных выбросов за счет более полного сгорания топлива. Рабочие температуры современных распространенных жаропрочных сплавов на основе N1 составляют порядка 70% от их температуры плавления, поэтому разработка новых суисрсплавов, обладающих повышенной механической прочностью и сопротивлением ползучести при повышенных температурах, а также окислительной и коррозионной стойкостью является одной из важнейших матери-аловедческих задач. В этой связи, использование сплавов металлов группы платиноидов представляется новым и заслуживающим интереса подходом, поскольку эти металлы образуют интерметаллиды с кубической симметрией и высокой температурой плавления. Одним из наиболее перспективных таких сплавов является интерметаллид 11иА1, имеющий структуру В2 и обладающий совокупностью замечательных свойств.
ДиА1 обладает высокой температурой плавления (порядка 2300 К), существенной ударной вязкостью при комнатных температурах, сохраняет значительную прочность при повышенных температурах, имеет отличную коррозионную и окислительную стойкость. Наличие большого числа независимых систем скольжения обеспечивает Г1иА1 значительную пластичность, что резко отличает этот сплав от большинства интерметаллидов, применение которых ограничено присущей им хрупкостью.
Помимо преимуществ, которыми обладает Г1иА1, этот материал имеет также и некоторые недостатки, обусловленные, в первую очередь, свойствами рутения, который, будучи элементом платиновой группы, обладает высокой плотностью, что, очевидно, ограничивает возможности применения сплавов на его основе в качестве конструкционных материалов при создании реактивных двигателей. Кроме того, рутений сравнительно дорог. Следовательно, возникает важная и перспективная задача частичной замены атомов рутения атомами других элементов с целью облегчения сплава без существенной потери его привлекательных свойств.
Прочностные характеристики материала, а также его механические свойства тесно связаны со значениями упругих констант. Точное знание поведения упругих констант является базисом, на основе которого возможно фундаментальное понимание прочност-

алюминия [141], формируются на свободных поверхностях окисляемого образца [17, 140]. Из-за сильного сродства алюминия к кислороду и диффузионных процессов происходит образование слоя А1203. Следовательно, процесс образования А1203 приводит к образованию области, обедненной алюминием, а это, в свою очередь, приводит к образованию фазы, обогащенной рутением. Далее она окисляется, и испаряющийся оксид рутения оставляет после себя пористый оксидный слой. С другой стороны, основываясь на измерениях плотности, была предложена следующая альтернативная схема [137]. На начальной стадии процесса окисления образуется смесь, состоящая из аморфной фазы АШи-О, а-А1203 и ШЮг- В то же время формируются пути диффузии кислорода, т.е. трещины или «смоченные» в аморфной фазе частицы А1203, по которым кислород диффундирует к фазе, обогащенной рутением, до того, как начнется испарение оксида рутения [137]. Таким образом формируется новый слой окиси алюминия, и процесс повторяется.
Такие слои не предотвращают проникновения кислорода, и происходит внутреннее окисление, в результате чего идет непрерывное образование периодической структуры. То, какой процесс — образование окиси алюминия или испарение оксида рутения — будет преобладать, зависит от температуры, состава сплава и микроструктуры (и, следовательно, от методики получения). Так, например, в почти однофазном сплаве имело место межкри-сталлитное окисление [139]; в слоистом эвтектическом сплаве на границе с зоной окисления наблюдалось растворение эвтектической фазы [138]; в почти однофазном образце, полученном ПМ, после формирования тонкой оксидной пленки практически не наблюдалось процессов окисления [17].
1.6.2.2. Циклическое окисление
В работе [142] изучалось циклическое окисление почти однофазных и двухфазных ИиА1 сплавов, полученных плавкой. Образцы окислялись на воздухе при температуре от 1273 до 1575 К. Негативное влияние рутениевой фазы при изотермическом окислении сказывается и при циклическом окислении.
В почти однофазных образцах микроструктура оксидного слоя сходна по строению с той, что наблюдалась при изотермическом окислении. Так, иод внешним слоем А1203 идет периодическое образование слоев окиси алюминия и оксида рутения. Отличие в том, что внешний оксидный слой оказывается гораздо более пористым и зазубренным после 92-х 75-мннутных циклов при 1373 К. Кроме того, этот слой не может выступать как