Разработка научных и технологических основ изготовления и эксплуатации изделий с покрытиями из сверхтвердых композитов В4С-BN-C со сверхнизким коэффициентом трения

Общий план работы на весь срок выполнения проекта, включая план работы на ОИ (далее – ОИ) и ожидаемые результаты: 2019 год. Разработка технологии и инструментальных средств для нанесения покрытий на основе системы B4C-BN-C на подложках из сплавов на основе никеля, титана и сталей. Разработка требований к исходным порошкам, состоянию поверхности подложки и к защитной атмосфере. Исследование физико-химических, микромеханических и триботехнических свойств покрытий в зависимости от состава композита и режимов лазерной обработки. Расчет полей температур и полей гидродинамических течений в зоне оплавления. Экспериментальный анализ и цифровое моделирование остаточной пористости. Измерение и расчет эффективных теплофизических характеристик порошков в условиях теплопереноса при лазерной обработке. Использование ОИ ЦКП ИФМ УрО РАН включает: • сканирующий электронный микроскоп QUANTA 200 с энергодисперсионным анализатором; • просвечивающий электронный микроскоп JEM-200CX; • рентгеновские дифрактометры PANalyticalEmpyrean с вертикально расположенным гониометром высокого разрешения модульной конструкции с температурной камерой (до 2200 град.С), ДРОН-6 и ДРОН-3М с приставкой для высокотемпературных исследований; • установку для нано- и микромеханических испытаний «NanoTest-600»; • комплекс для триботехнических испытаний; • оборудование пробоподготовки. 2020. Исследование термостойкости, адгезионной прочности и стойкости к растрескиванию при циклической термообработке, статическом и циклическом нагружении в зависимости от режимов лазерной обработки и содержания компонентов TaB2, MgO, ZrO2 в системах на основе B4C-BN-C. Термохимические расчеты для отобранных систем. Анализ реакционного смачивания при сплавлении керамических порошков с подложкой. Расчет потенциалов Гиббса и констант равновесия для окислительно-восстановительных реакций. Использование ОИ ЦКП ИФМ УрО РАН включает: • сканирующий электронный микроскоп QUANTA 200 с энергодисперсионным анализатором; • просвечивающий электронный микроскоп JEM-200CX; • рентгеновские дифрактометры PANalyticalEmpyrean с вертикально расположенным гониометром высокого разрешения модульной конструкции с температурной камерой (до 2200 град.С), ДРОН-6 и ДРОН-3М с приставкой для высокотемпературных исследований; • установку для нано- и микромеханических испытаний «NanoTest-600»; • комплекс для триботехнических испытаний; • оборудование пробоподготовки. 2021. Исследование механических и триботехнических характеристик сверхтвердых покрытий. Исследование структурно-фазовых превращений при циклическом действии высоких температур. Проведение стендовых испытаний покрытий на опорных поверхностях валов турбин в составе турбокомпрессоров авиадвигателей и двигателей внутреннего сгорания. Адаптация разработанных моделей и алгоритмов в формализме кристаллического фазового поля к моделированию структурно-фазовых превращений. Расчет структурных диаграмм, скоростей фронтов кристаллизации в высоконеравновесных условиях лазерного сплавления. Оценка энергии границ раздела фаз для анализа трещинообразования на микроуровне. Использование ОИ ЦКП ИФМ УрО РАН включает: • сканирующий электронный микроскоп QUANTA 200 с энергодисперсионным анализатором; • установку для нано- и микромеханических испытаний «NanoTest-600»; • комплекс для триботехнических испытаний; • оборудование пробоподготовки. 2022. Получение опытных экземпляров валов турбин турбокомпрессоров ДВС, лопаток турбин авиадвигателей. Исследование структурно-фазового состояния и физико-механических свойств изделий. Проведение механических и ресурсных испытаний. Разработка рекомендаций и технологических процессов для внедрения новой инженерной технологии в промышленность. Создание инженерной базы данных по функциональным и эксплуатационным характеристикам сверхтвердых покрытий на основе экспериментальных данных и цифровых моделей. Использование ОИ ЦКП ИФМ УрО РАН включает: • сканирующий электронный микроскоп QUANTA 200 с энергодисперсионным анализатором; • просвечивающий электронный микроскоп JEM-200CX; • рентгеновские дифрактометры PANalyticalEmpyrean с вертикально расположенным гониометром высокого разрешения модульной конструкции с температурной камерой (до 2200 град.С), ДРОН-6 и ДРОН-3М с приставкой для высокотемпературных исследований; • испытательные машина для механических испытаний Instron 5982 («Instron», Великобритания) и «FP-100/1» («Heckert», Германия); • установку для нано- и микромеханических испытаний «NanoTest-600»; • комплекс для триботехнических испытаний; • оборудование пробоподготовки.