Патентный анализ разработки технологических высокопрочного композитного материала на основе алюминия и исследование его структуры и свойств

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретико-методологические основы создания алюминиевых композиционных материалов в отечественном материаловедении

1.1. Развитие порошковой металлургии и композиционных технологий в работах российских научных школ

1.2. Физико-химические основы взаимодействия на межфазных границах в системах «металлическая матрица – упрочнитель»

1.3. Нормативно-правовое регулирование и стандартизация производства инновационных материалов в РФ в рамках ГОСТ и ФНП Ростехнадзора

Глава 2. Анализ современного состояния технологий и патентный мониторинг разработок в области высокопрочных композитов

2.1. Сравнительная характеристика промышленных методов получения КМ на основе алюминия на предприятиях авиационно-космического комплекса

2.2. Результаты патентного исследования по базе Роспатента за период 2014–2024 гг. в сегменте легких сплавов

2.3. Анализ дефектообразования и влияния технологических факторов на эксплуатационную надежность композиционных структур

Глава 3. Разработка технологического регламента и исследование функциональных свойств перспективного композиционного материала

3.1. Обоснование выбора состава и параметров синтеза высокопрочного КМ на основе порошковых систем

3.2. Методика прецизионного исследования структуры и фазового состава полученных образцов в лабораторных условиях

3.3. Оценка результативности предложенных технологических решений и расчет ожидаемых показателей прочности

Заключение

Список использованной литературы

КУРСОВАЯ РАБОТА

Патентный анализ разработки технологических высокопрочного композитного материала на основе алюминия и исследование его структуры и свойств

ВВЕДЕНИЕ

Развитие отечественной промышленности в условиях технологического суверенитета и импортозамещения предъявляет повышенные требования к созданию конкурентоспособных материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Высокопрочные композиционные материалы на основе алюминия занимают стратегическую позицию в авиационно-космическом комплексе, автомобилестроении и энергетическом машиностроении России, обеспечивая снижение массы конструкций при сохранении прочностных показателей [1, c. 15]. Актуальность темы обусловлена необходимостью разработки отечественных технологий получения алюминиевых композитов с контролируемой микроструктурой и заданным комплексом свойств, что соответствует приоритетам Стратегии развития металлургической промышленности Российской Федерации до 2030 года и программам Минпромторга России по созданию перспективных материалов.

Степень разработанности проблемы в российской научно-технической литературе характеризуется активными исследованиями НИТУ «МИСиС», ВИАМ, ИМет РАН и ЦНИИ КМ «Прометей» в области порошковой металлургии и композиционных технологий. Однако системный патентный анализ отечественных разработок за последние десять лет с одновременным исследованием структурно-фазового состава и функциональных свойств высокопрочных алюминиевых композитов остается недостаточно освещенным. Технологическая специфика получения композиционных материалов методами порошковой металлургии требует комплексного изучения параметров синтеза, влияния типа и содержания упрочняющих фаз на межфазное взаимодействие и итоговые механические характеристики.

Цель работы — провести патентный анализ отечественных разработок технологий высокопрочных композиционных материалов на основе алюминия и исследовать структуру и свойства перспективного композита.

Задачи исследования:

• изучить теоретические основы создания алюминиевых композиционных материалов и технологические особенности методов порошковой металлургии;
• выполнить литературный обзор современного состояния разработок в области алюминиевых композитов и методов их получения;
• провести патентный анализ российских изобретений в сегменте высокопрочных композиционных материалов на основе алюминия за период 2014–2024 гг.;
• обосновать выбор состава и разработать технологический регламент получения высокопрочного композита методом порошковой металлургии;
• исследовать микроструктуру, фазовый состав и механические свойства полученных образцов композиционного материала.

Объект исследования — технологический процесс получения высокопрочного композиционного материала на основе алюминиевой матрицы с дисперсными упрочняющими частицами на экспериментальном участке лаборатории порошковой металлургии НИТУ «МИСиС».

Предмет исследования — структура, фазовый состав и механические свойства композиционного материала системы «алюминий – керамический упрочнитель».

Методологическая база включает теоретические положения материаловедения и порошковой металлургии, патентный поиск по базе Роспатента, экспериментальные методы металлографического и рентгеноструктурного анализа, испытания на механические свойства согласно ГОСТ 1497 и ГОСТ 9012, технологические расчеты параметров прессования и спекания, нормативную базу ГОСТ Р 53531, ГОСТ 9849, ГОСТ 25178.

Научная новизна заключается в систематизации патентных решений российских разработчиков за период 2014–2024 гг. и установлении корреляционных зависимостей между технологическими параметрами синтеза и функциональными свойствами алюминиевых композитов.

Теоретическая значимость состоит в углублении представлений о механизмах структурообразования на межфазных границах в системах «алюминиевая матрица – керамический упрочнитель». Практическая значимость определяется разработкой технологического регламента получения высокопрочного композита, обеспечивающего повышение предела прочности на 25–30% по сравнению с традиционными алюминиевыми сплавами, что востребовано предприятиями авиационно-космического комплекса России.

Структура работы включает введение, три главы, заключение и список использованной литературы. В первой главе рассмотрены теоретико-методологические основы создания алюминиевых композиционных материалов в отечественном материаловедении. Во второй главе проведен анализ современного состояния технологий и патентный мониторинг разработок в области высокопрочных композитов. Третья глава посвящена разработке технологического регламента и исследованию функциональных свойств перспективного композиционного материала.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ОТЕЧЕСТВЕННОМ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИИ

1.1. Развитие порошковой металлургии и композиционных технологий в работах российских научных школ

Порошковая металлургия как самостоятельное научно-техническое направление в России сформировалась в середине XX века на базе фундаментальных исследований академических институтов и отраслевых научных центров. Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН, НИТУ «МИСиС» и Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов внесли определяющий вклад в создание теоретических основ процессов получения порошковых материалов и их консолидации [2, c. 22]. Развитие композиционных технологий в отечественной практике тесно связано с потребностями авиационно-космического комплекса, где требовались конструкционные материалы с высокой удельной прочностью, коррозионной стойкостью и работоспособностью в экстремальных условиях эксплуатации. Алюминиевые сплавы традиционно применялись в авиастроении благодаря низкой плотности, однако их прочностные характеристики не всегда удовлетворяли возрастающим требованиям к нагруженным элементам конструкций.

Концепция армирования металлической матрицы дисперсными керамическими частицами или н

…