МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ РОЗРОБКИ РАЦІОНАЛЬНИХ ФУНКЦІОНАЛЬНО АКТИВНИХ ШИХТ ПРИ ХРОМУВАННІ ВУГЛЕЦЬ-ВУГЛЕЦЕВИХ МАТЕРІАЛІВ

Анотація

Наше наукове дослідження зосереджено на розробці ефективних захисних покриттів для вуглець-вуглецевих композиційних матеріалів (ВВКМ), що функціонують в умовах екстремального теплового навантаження. У роботі застосовано функціонально активні шихти (ФАШ), які формуються за нестаціонарних температурних режимів, з метою отримання покриттів із підвищеними експлуатаційними характеристиками. Основна мета полягає в розробці та оптимізації складу порошкових композицій, легованих титаном, що сприяють підвищенню жаростійкості функціональних поверхонь ВВКМ. У межах дослідження було здійснено комплексний аналіз існуючих технологій нанесення захисних покриттів, зокрема хіміко-термічних методів та методів насичення з рідкої фази. Розглянуто їхню ефективність з урахуванням специфіки взаємодії з вуглецевою матрицею та змін у механічних властивостях матеріалу. Особливу увагу приділено вивченню альтернативного методу — насичення поверхні в твердофазному стані в присутності активного газового середовища, що реалізується за допомогою ФАШ, сформованих за умов нестаціонарного термічного впливу. Значний акцент зроблено на вивченні хіміко-фізичних процесів, зокрема утворення карбідних фаз, які відіграють ключову роль у забезпеченні стійкості покриттів у агресивному високотемпературному середовищі. Експериментальна частина включає постановку факторного експерименту для визначення оптимального складу порошкових сумішей, що забезпечують максимально можливу термостійкість захисного шару. У якості незалежних змінних досліджено концентрації хрому, кремнію, титану та алюмінію, враховуючи їхній вплив на структурно-фазовий стан та фізико-механічні параметри покриттів. Побудовано рівняння регресії для кількісної оцінки залежності жаростійкості від параметрів автоініційованої термічної обробки та складу легуючих компонентів. Результати аналізу представлені у вигляді тривимірних графічних моделей, що ілюструють оптимізацію складу порошкових ФАШ у системах Cr–Al–Ti. За результатами структурно-фазового аналізу встановлено, що при легуванні титаном захисне покриття формується як двозонна система: внутрішній шар представлений фазою карбіду титану (TiC), тоді як зовнішній шар утворюється із сполук типу Al₂Cr₃, CrAl₂ та TiAl, хімічний склад яких визначається варіацією компонентного складу ФАШ.