Разработка физических основ применения газоразрядной плазмы и пучков заряженных частиц в новых технологиях создания функциональных покрытий, плазмохимических и биомедицинских технологиях

Объектами исследования являются: - разработка новой конструкции планарного магнетрона с ротационным центральным анодом, распыляемым ионным пучком и синтез сверхтвердых композитных покрытий TiN-Cu на пластинах из твердого сплава Т15К6; - модификация поверхностных свойств инструментальной стали Х12МФ аморфным бором и штамповой стали 3Х2В8Ф карбидом бора, алюминием и фторидом натрия методами электронно-лучевой обработки насыщающих смесей; - разработка на основе планарных плазменных систем технологии модификации и функционализации поверхности термочувствительных объектов, и управления их гидрофильно-гидрофобными свойствами и биологической активностью. Научная тема направлена на решение фундаментальной проблемы физического материаловедения – разработку физических принципов формирования наноструктурных, нанофазных состояний на поверхности материалов их обработкой пучками заряженных частиц и газоразрядной плазмой. Разработан планарный магнетрон с ротационным центральным анодом. Центральный плоский анод, выполняющий функции мишени, распыляемой ионным пучком, установлен с возможностью осевого вращения со скоростью 6,28 рад/с и наклонно под углом 45-50о относительно направления падения распыляющего ионного пучка, причем ось вращения анода совпадает с осью симметрии ионного пучка. Расчет коэффициента распыления медного центрального анода магнетрона показывает, при наклонном падении распыляющих ионов и прочих равных условиях обеспечивается рост коэффициента распыления медного анода магнетрона с 6 до 9 атомов на один падающий ион, при этом достигается максимальная кучность распыленных атомов меди на ростовой поверхности подложек. Показано, электронно-лучевое борирование аморфным бором стали Х12МФ приводит к формированию гетерогенной структуры, сочетающей твёрдые (хрупкие) бориды железа Fe2B и бориды металлов, входящих в состав Х12МФ стали, в частности, борида Cr2B и более пластичные структурные составляющие. При электронно-лучевой обработке бороалитированной стали 3Х2В8Ф, выявлено наличие боридов железа Fe2B, FeB и алюминида железа AlFe3. Рассмотрено изменение поверхностных свойств полимеров (политетрафторэтилена) и биологических объектов (семян пшеницы) при воздействии нетермических плазменных струй и объемной нетермической плазмы тлеющего разряда атмосферного давления. Плазменная обработка позволяет получить низкие значения краевого угла смачивания, высокую однородность свойств обработанной поверхности, существенно увеличить работу адгезии, значительно возрастает поверхностная энергия, увеличивается шероховатость поверхности, связанная с возникновением регулярной мелкоячеистой сетчатой структуры с различным размером ячеек и с резко очерченными границами. Степень внедрения основных принципиальных технических решений обеспечена объектами интеллектуальной собственности (патенты RU № 2778544, № 2784536, № 2781145, № 2786263; заявки на изобретения № 2022109295/05(019448), № 2022118885/07(039852)). Запланированные в проекте работы по этапу 2022 года выполнены в полном объеме, установленные контрольные показатели достигнуты или превышены. По каждому из перечисленных направлений получены новые результаты. Полученные результаты соответствуют достаточно высокому уровню развития научных исследований в области прикладной физики низкотемпературной плазмы и физического материаловедения. Созданные на основе полученных результатов газоразрядные устройства и способы модификации поверхности при воздействии ускоренным пучком электронов обладают инновационным потенциалом промышленного применения в области модификации поверхностных свойств стали, сплавов, биосовместимых полимеров и биологических объектов.