Разработка физико-технических основ лазерно-плазменных методов для синтеза функциональных покрытий и аддитивных технологий. Блок проекта "Промышленно ориентированные лазерно-плазменные методы для синтеза функциональных покрытий и аддитивных технологий"

Объект исследования - лазерно-плазменные (ЛП) технологии на основе пульсирующей с высокой (~100 кГц) частотой лазерной плазмы, технические средства для ЛП-технологий и процессы при ЛП-воздействии на металлы, частицы и газовые потоки. Цель исследования в 2018 г. - развитие физико-технических возможностей ЛП-методов и ЛП технологической установки (ЛПТУ) включая разработку специализированной для каждой ЛП-технологии оснастки, оснащения системами управления и контроля ЛП-процесса; предварительные экспериментальные исследования по всем направлениям ЛП-технологий. В ходе совместных с ИНХ СО РАН, ИХТТМ СО РАН, ИТПМ СО РАН и ООО «Оптогард Нанотех» (фонд «Сколково») работ получен ряд важных результатов. 1) При финансовой поддержке гранта фонда «Сколково» разработан и создан «Опытно-промышленный образец 5-кВт многофункциональной ЛП технологической установки «ЛПТУ-5МФ.о» с уникальной 5-кВт импульсно-периодической (~100 кГц) СО₂ лазерной системой генератор - усилитель, которая позволила в три раза увеличить мощность излучения и открыла новые возможности в разработке промышленных ЛП-технологий. 2) В предварительных экспериментах по всем направлениям ЛП-технологий, получено: а) для ЛП-синтеза массивов углеродных нанотрубок (УНТ) подтверждена возможность синтеза гибридных наноматериалов, сочетающих свойства квазиодномерных УНТ и полупроводниковых нанокристаллов оксида железа FeO на их поверхности; б) для ЛП-синтеза высокотвёрдых (16 ГПа) SiCN-покрытий на нержавеющую сталь показано, что возможно увеличение скорости роста покрытий до уровня ≥1 мкм/мин.; в) впервые из механокомпозита гафний/углерод с использованием лазерного излучения получены образцы самого тугоплавкого материала из плавленого карбида гафния; г) для ЛП аддитивных технологий показано, что лазерное излучение значительно влияет на скорость и температуру микрочастиц порошка Al₂O₃ при его транспортировке газовым потоком. Скорости отдельных частиц (при максимальной скорости газа до 30 м/с) за счет лазерного ускорения могут достигать значений ~ 120 м/с, а температуры до ~ 4000 К. Полученные результаты необходимы для развития ЛП-методов в практическом решении проблем синтеза новых функциональных покрытий - высокотвердых и износостойких термобарьерных и химически стойких, эмиссионных, предельно тугоплавких.