НА ЗАСІДАННІ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ –

ВЧЕНІ КАФЕДРИ ФІЗИКИ МЕТАЛІВ РОЗПОВІЛИ ПРО

ДОСЛІДЖЕННЯ І РОЗРОБКИ СПЛАВІВ З ЕФЕКТОМ ПАМ’ЯТІ ФОРМИ

21 березня 2018 року на засіданні Президії НАН України було заслухано і обговорено наукову доповідь заступника директора з наукової роботи Інституту металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, професора кафедри фізики металів КПІ ім. Ігоря Сікорського, д.ф.-м.н. Г.С. Фірстова «Функціональні матеріали з пам'яттю форми: сучасний стан і перспективи використання».

 

На засідання було запрошено також вчених України, які ведуть дослідження в цій сфері, зокрема, – наукового керівника кафедри фізики металів, чл.-кор. НАН України С.І. Сидоренка та доцента Л.Д. Демченко.

 

Чл.-кор. С.І. Сидоренку було надано можливість виступити, розповісти про роботи вчених і студентів кафедри фізики металів щодо ефекту пам’яті форми (розширений текст виступу додається; при виступі текст розділу 3 було суттєво скорочено).

 

В проекті постанови Президії НАН України, зокрема, доручається підготувати пропозиції для поглибленого співробітництва із закладами МОЗ України, НАК "Нафтогаз України", ДП "Івченко-Прогрес", ДП "Антонов", ДП «КБ "Південне" ім. М.К. Янгеля», КПІ ім. Ігоря Сікорського.

 

 

Д.ф.-м.н. Г.С. Фірстов під час доповіді

Головує академік Б.Є. Патон

   

Засідання Президії НАН України
21 березня 2018 р.
Виступ чл.-кор. С.І. Сидоренка

Серед запрошених – проф. С.І. Сидоренко та доц. Л.Д. Демченко (кафедра фізики металів КПІ ім. Ігоря Сікорського)

 

Виступ чл.-кор. С.І. Сидоренка

на засіданні Президії НАН України

при обговоренні доповіді
д.ф.-м.н. Г.С. Фірстова

"Функціональні матеріали з пам'яттю форми: сучасний стан і перспективи використання"

 

«Вельмишановний Борисе Євгеновичу!

Вельмишановні члени президії!

1. Перш за все дозвольте підтримати і високо оцінити доповідь Георгія Сергійовича Фірстова.

 

Ми пишаємось тим, що один із найталановитіших випускників кафедри фізики металів КПІ ім. Ігоря Сікорського – Георгій Сергійович Фірстов – об’єднує в даний період дослідницькі зусилля в Україні в сфері досліджень і розробок, заснованих на використанні сплавів з ефектом пам’яті форми.

Ми також пишаємось тим, що Георгій Сергійович сформувався і виріс як вчений в науковому середовищі Інституту металофізики під керівництвом ще одного нашого видатного випускника –
чл.-кор. НАН України Юрія Миколайовича Коваля, який теж присутній на цьому засіданні.

 

2. Розмірковуючи над перспективами розвитку досліджень і використання матеріалів з ефектом пам’яті форми, дозвольте звернути увагу на необхідність запланувати також дослідження ефектів в високотемпературних інтервалах, що може мати важливу перспективу використання, наприклад, в атомній енергетиці. Зокрема, – в системах контролю перегріву реакторів.

 

3. Дозвольте сказати кілька слів про дослідження і розробки на кафедрі фізики металів КПІ ім. Ігоря Сікорського, в т.ч. – за участі студентів, які протягом багатьох років ведуться під керівництвом доц. Л.Д. Демченко – в співпраці із вченими Інституту магнетизму, Інституту металофізики, Азербайджанського державного університету нафти та промисловості.

 

3.1. Вони стосуються впливу механічних, магнітних та інших силових полів на мартенситні перетворення у сплавах з ефектом пам’яті форми, термомагнітної та термомеханічної обробки.

Досліджувалися феромагнітні сплави з пам’яттю форми (ФСПФ) на основі заліза та міді – як група функціональних матеріалів з перспективними фізичними та фізико-механічними властивостями.

Поєднання механічної і магнітної підсистем в них має забезпечити високі функціональні властивості.

Є перспективи того, що за механічними властивостями такі нові матеріали будуть переважати сплави на основі нітінолу, а по магнітним – сплави Гейслера.

Такі сплави здатні поглинати механічну та акустичну вібрацію за рахунок структурних змін та коливань намагніченості; привабливим прикладним аспектом може стати використання їх в якості актуаторів або демпферів.

Ці розробки наближають до створення ФСПФ (на основі заліза та міді), які за своїми характеристиками – на рівні світових аналогів. Сплави на основі Fe і Cu можуть бути основними кандидатами для заміни сплавів NiTi.

Ці роботи велись у співпраці із к.ф.-м.н. А.М. Тітенком, д.ф.-м.н. А.О. Перекосом, к.т.н. О.Ю. Герасимовим, к.ф.-м.н. Л. Козловою, д.т.н. М. Бабанли (Азербайджан).

 

3.2. Для розвитку уявлень про природу і характер протікання мартенситного перетворення (МП) представляє інтерес вивчення структуроутворення припротіканні МП в сплаві Cu-Al-Mn в результаті старіння високотемпературної фази з використанням відпалу в постійному магнітному полі з різною орієнтацією зразка по відношенню до поля, що проводилося вперше, з безпосереднім керуванням самого процесу індукування МП, а також – дослідження впливу магнітного поля при відпалі на магнітні та механічні властивості сплаву. Була встановлена кореляція в поведінці магнітних та механічних властивостей сплаву, яка залежить від величини критичного зародку утворення феромагнітної фази виділення.

Потенційні застосування сплавів Cu-Al-Mn – в якості анізотропних ударних ізоляторів та амортизаторів у точних приладах та у висотних будинках. Надпружний сплав Cu-Al-Mn має високу зварюваність та чудові властивості в порівнянні з іншими сплавами, для яких використовується лазерне зварювання, – таких як NiTi. Надпружний сплав Cu-Al-Mn вивчається для потенційних застосувань в демпферних системах, в сейсмічних пристроях та ін., а також в медицині.

Ці роботи велись у співробітництві із к.ф.-м.н. А.М. Тітенком, д.ф.-м.н. А.О. Перекосом, к.т.н. О.Ю. Герасимовим.

 

3.3. Також проводились механічні випробування на одновісний розтяг в широкому температурному діапазоні полікристалічного феромагнітного сплаву Fe-Ni-Co-Ti, підданого термомеханічній обробці, що складалася з волочіння, гартування в воду від 1373 К та старіння при 923 К впродовж 5, 10, 20 хвилин.

Встановлено, що оптимальному поєднанню максимальної надпружної деформації та одностороннього ефекту пам’яті форми відповідає попередня термомеханічна обробка: волочіння із ступенями обтиснення в інтервалі 7,4÷22,5 %, наступного загартування і старіння при 6500С протягом 5-10 хвилин, – яка сприяє деформуванню вихідного сплаву по каналах фазової і двійникової пластичності в температурному інтервалі випробувань Ms<Т випр.<Af.

Досягнута достатньо велика величина надпружної деформації з високим механічним гістерезисом, що в сукупності призводить до суттєвого збільшення внутрішнього тертя.

Показані широкі діапазони використання цих сплавів як за температурними інтервалами, так і за механічними напруженнями та магнітними полями, що відкриває горизонти для запровадження феромагнітних сплавів з пам’яттю форми на основі заліза та міді в якості демпферів, в системах озброєння, на транспорті, у виробництві верстатів та ін.

Ці роботи велись у співробітництві із к.ф.-м.н. А.М. Тітенком,
к.ф.-м.н. Л. Козловою, д.т.н. М. Бабанли (Азербайджан).

 

3.4. Одне із останніх досліджень – вивчення ролі феромагнітних наночасток у фазових перетвореннях сплаву
Cu-Al-Mn, – присвячене механізмам, які спроможні керувати впливом взаємодії наночасток з основною матрицею на фазові перетворення, і таким чином – на формування механічних властивостей.

В цій роботі показана роль розмірів різних масштабних рівнів – за функцією наночасток у фазових перетвореннях в сплаві Cu-Al-Mn (від нанорозмірних механізмів до об'ємної поведінки, формування механічних властивостей завдяки внутрішнім нанорозмірним ефектам).

Ці роботи велись у співробітництві із к.ф.-м.н. А.М. Тітенком, д.ф.-м.н. А.О. Перекосом, к.т.н. О.Ю. Герасимовим.

 

4. Крім дослідницької діяльності у 2018 р отримано 1 патент на корисну модель №123288 від 26.02.2018 «Посудина-сигналізатор температури рідини при нагріванні і охолодженні»

та подано заявку на патент: «Спосіб змінення жорсткості адаптивних конструкцій з використанням матеріалів з пам’яттю форми».

 

5. До цих досліджень і розробок долучені і студенти кафедри фізики металів. До участі у фіналі конкурсу Фестивалю інноваційних проектів «Sikorsky Challenge» 2017 пробився старт-ап проект «Автономні дозуючі системи» (з використанням сплавів з ефектом пам’яті форми) авторів Тітенка А., Демченко Л.Д., Герасімова О.Ю., Тітенка Я. (студента), Коршака Н.(студента).

За участі студентів: в 2017 році опубліковано 4 наукові статті, в т.ч. 1 в журналі, що входить до наукометричної бази даних GoogleScholar, зроблено 14 доповідей з опублікуванням тез, у т.ч. – 13 доповідей на міжнародних наукових конференціях, захищена 1 дипломна робота спеціаліста (О.Марецький) та 3 бакалаврські (О.Безсмертна, Е. Удовенко, Н. Коршак) роботи.

У 2017/18 навчальному році виконуються 4 бакалаврські роботи (Балацький І., Пужанівський В., Верборський А., Мурашко А.) та 1 магістерська робота (О.Безсмертна) і готуються ще два старт-ап проекти для участі в конкурсі страт-апів в рамках Всеукраїнського фестивалю "Sikorsky Challenge-2018".

Слід підкреслити, що – у відповідності до традиції, закладеної на кафедрі фізики металів її засновником академіком В.Н. Гриднєвим, – робота всіх перелічених та інших студентів здійснюється під науковим співкерівництвом вчених НАН України: чл.-кор. Ю.М. Коваля, д.ф.-м.н. Г.С. Фірстова, к.ф.-м.н. А.М. Тітенка, к.т.н. О.Ю. Герасимова, к.ф.-м.н. Л. Козлової, к.ф.-м.н. В.М. Сліпченка, м.н.с. Кедровського.

 

6. Результати, про які йдеться, представляються і в міжнародному вимірі.

Вчені кафедри фізики металів – учасники постійно діючої міжнародної конференції ESOMAT, наступна конференція цієї серії відбудеться в 2018 році; доповідь вчених кафедри фізики металів прийняті до програми цієї конференції.

Вчені кафедри фізики металів – також учасники серії щорічних конференцій Європейського матеріалознавчого товариства «E-MRS Spring Meeting» в Страсбурзі та «E-MRS Fall Meeting» в Варшаві.

 

7. Шановні колеги!

Відомому вченому, який працює в галузі досліджень і розробок сплавів на основі ефекту пам’яті форми, професору Льовенського університету, Бельгія, Яну ван Хумбіку належать такі слова: «Якщо Ви хочете навчити студентів матеріалознавству, їм достатньо викласти курс про сплави з ефектом пам’яті форми. Там є все: і структура, і властивості, і застосування».

Отже, кафедра фізики металів буде пропонувати Вченій раді КПІ ім. Ігоря Сікорського включити до навчальних програм саме цю проблематику, і не тільки на Інженерно-фізичному факультеті, але і на ряді інших – Механіко-машинобудівному, Електроніки, Приладобудівному, Зварювальному.

 

8. Шановні колеги!

Дозвольте запропонувати участь вчених КПІ ім. Ігоря Сікорського в дослідженнях, перспектива яких обговорюється сьогодні.

Кафедра фізики металів готова взяти на себе координацію не тільки участі вчених КПІім. Ігоря Сікорського, але і сформувати студентську дослідницьку команду – за участі студентів різних факультетів (Механіко-машинобудівного, Електроніки, Приладобудівного, Зварювального, Інженерно-фізичного). »

 

TOP