Разработка научных основ модификации поверхностных свойств материалов полифункционального назначения на основе структурно-фазовых превращений, инициируемых газоразрядной плазмой и пучками заряженных частиц

В процессе работы по данному этапу научной темы получен ряд новых научных результатов, вносящих вклад в понимание основных физических процессов модификации поверхностных свойств материалов пучками электронов и газоразрядной плазмой. Предложены новые подходы модификации поверхностных свойств термостойких и термочувствительных материалов методами электронно-пучковой обработки и обработки плазмой слаботочного поверхностного разряда атмосферного давления. Определены технологические параметры синтеза композитных покрытий TiN-Cu, проведением химической реакции паров титана и атомарного азота в парах меди, в режиме диссоциации в азотсодержащей плазме молекулярного азота плазменными электронами, вакуумно-дугового испарения катодным пятном паров титана и ионно-плазменного распыления паров меди. Рентгеноспектральный микроанализ покрытий TiN-Cu подтверждает содержание меди ~ 5,57 ат.% в исследуемых покрытиях по всему профилю покрытий. Микротвердость покрытий составляет 38-42 ГПa. Предложена новая конструкция плазменной трехэлектродной трубки для модификации свойств поверхности термопластичных полимеров, в частности, пластиковых нитей Polylactic Acid (PLA), путем их обработки низкотемпературной аргоновой плазмой объемного самостоятельного тлеющего разряда с диэлектрическим барьером при атмосферном давлении. Улучшение адгезионных свойств и изменение химического состава поверхности пленок стабилизированного полиэтилена обработкой плазмой слаботочного поверхностного разряда атмосферного давления приводит к увеличению переходного сопротивления гидроизоляционного материала и его долговечность, характеризующееся увеличением адгезии материала основы к адгезиву и к месту нахлесточного соединения, препятствующего проникновению почвенных электролитов к поверхности трубопроводов. Рассмотрено применение математических моделей искусственных нейронных сетей для прогнозирования свойств диффузионных покрытий, созданных методом химико-термической обработки на основе процесса бороалитирования. Установлено, что построение компьютерных моделей прогнозирования на основе экспериментальных данных бороалитирования с высокой точностью – это решаемая задача при использовании искусственных нейронных сетей типа многослойный персептрон. Обработка электронным пучком диффузионных слоев на поверхности конструкционной углеродистой стали 20 и инструментальной штамповой стали 3Х2В8Ф приводит к их структурной трансформации и к существенному повышению значений микротвердости. Для обеспечения стабильности процесса электронно-пучковой обработки предлагается предварительный прогрев поверхности до температуры ~700 ℃ импульсами воздействия с контролируемым током электронного пучка. Установлено, комплексное легирование обработкой борсодержащих компонентов ускоренным электронным пучком приводит к изменению структуры поверхностного слоя, твердости, фазового состава и как, следствие, к получению диффузионных слоев с повышенными физико-механическими характеристиками, так модифицированный образец легированной штамповой стали Х12МФ имеет сопротивление к износу от 2,4 до 3,8 раз выше, чем исходный образец стали до обработки электронным пучком. Промежуточный отчет содержит 67 страниц текста, 24 рисунка, 12 таблиц, 42 цитируемых источников, 1приложение. В ходе выполнения этапа научной темы подготовлено и опубликовано 34 научные работы, из них 12 статей, индексируются в базах данных Web of Science и Scopus, подана 1 заявка на изобретение.