РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРИНЦИПОВ ИНЖЕНЕРИИ ПОКРЫТИЙ И ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ С УЛЬТРАДИСПЕРСНОЙ, В ТОМ ЧИСЛЕ НИЗКОРАЗМЕРНОЙ, СТРУКТУРОЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ МАТЕРИАЛОВ С ВЫСОКИМИ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИМИ И ХИМИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ (промежуточный отчет за 2017 г.)

Объект исследования - покрытия на основе многоэлементных композиций Ti-Al-Si-Cu-N, Ti-Al-Si-Cr-Mo-S-N, сплавы TiNi c поверхностными слоями, модифицированными электронным пучком и легированными танталом или кремнием, системы Ti-Ni-Ta и Ti-Ni-Si, металлокерамические сплавы 50%TiC/50%(Ni-Cr), стали, порошковые смеси с упрочняющими частицами на основе Cr, Ti, Ni. Цель исследования - разработка и экспериментально-теоретическое обоснование физических принципов инженерии покрытий и поверхностных слоев с ультрадисперсной, в том числе низкоразмерной структурой с использованием ионно-электронно-пучковых и плазменных обработок для создания сплавов, сталей, интерметаллических соединений, металлокерамических материалов с высокими физико-механическими характеристиками и различными функциональными (антифрикционными, упрочняющими, коррозионно-стойкими) свойствами. Разработка физических основ и новых методов формирования поверхностных слоев и/или покрытий с многоуровневой иерархически организованной градиентной структурой, которые могли бы эффективно обеспечить конструкционные и функциональные материалы новыми высокими физическими, механическими и химическими характеристиками, является важнейшим направлением науки о материалах. Согласно данным WoS, в течение последних трех лет научный и прикладной интерес к поверхностным обработкам металлических, интерметаллических, металлокерамических материалов, а также сталей различных марок экстремально растет: за последние три года опубликовано более 110 тыс. работ, с увеличением публикационной активности более чем на 20 тыс. публикаций в год, среди них более 3 тыс. обзоров и более 1000 глав монографий. У более 100 статей индекс цитирования (h-index) составляет 62. Этот интерес обусловлен (i) высоким уровнем технологического развития в мире и России и связанным с ним появлением новых технологий обработки материалов; (ii) эффективным улучшением комплекса свойств материалов после примененных к ним новых поверхностных обработок; (iii) необходимость установления взаимосвязи между режимами поверхностных обработок, строением и структурой модифицированных поверхностных слоев и поверхностно-чувствительными свойствами обрабатываемых материалов. В результате выполнения этапа 2017 г. по проекту получены новые результаты, предложены новые подходы и рекомендации для обеспечения выполнения цели и научных задач проекта. Экспериментальные и теоретические результаты и выводы исследований, проведенных на данном этапе выполнения проекта, представляют собой фундаментальную основу для разработки физических принципов инженерии покрытий и поверхностных слоев металлических материалов с ультрадисперсной, в том числе низкоразмерной структурой, с использованием ионно-электронно-пучковых и плазменных обработок, что определяет их научную значимость. Результаты исследований могут быть использованы при разработке изделий аэрокосмического, медицинского назначения, антифрикционных покрытий деталей узлов трения и упрочняющих покрытий в машиностроении, в химической и энергетической отраслях промышленности, для ионно-плазменного синтеза износостойких композиционных покрытий на металлорежущий инструмент и ресурсоопределяющие детали современной техники, работающие при высоких температурах в химически агрессивных средах, при разработке катодных материалов перспективных составов.