"Разработка научных основ электронно-ионно-плазменной технологии формирования высокопрочных износостойких поверхностных слоев и покрытий в легких сплавах на основе титана и алюминия"

Проект посвящен разработке научных основ электронно-ионно-плазменной технологии формирования высокопрочных износостойких поверхностных слоев и покрытий в легких сплавах на основе алюминия и титана, базирующейся на комплексном воздействии газометаллической плазмы и концентрированных потоков энергии (электронные пучки и потоки компрессионной плазмы), при котором в поверхностном слое (на поверхности) сплавов формируются структурно-фазовые состояния, позволяющие кратно повысить его трибологические и механические характеристики, а, соответственно, и срок службы изделия в целом. Базовые исследования будут выполнены на модельных материалах: технически чистом титане ВТ1-0 и технически чистом алюминии А7. Первый этап модифицирования предполагает электронно-пучковую обработку (участники проекта из России) или облучение компрессионными потоками плазмы (участники проекта из Белоруссии) образцов с целью формирования в поверхностном слое неравновесного структурно-фазового состояния, характеризующегося высоким уровнем дефектности кристаллической решетки материала. Второй этап модифицирования предполагает диффузионное насыщение поверхности материалов атомами азота в плазме частотно-импульсного несамостоятельного тлеющего разряда с полым катодом низкого (0,1…1 Па) давления, в котором в качестве источника вспомогательных электронов используется электродуговой плазмогенератор (участники проекта из России) или при обработке компрессионными потоками плазмы (участники проекта из Белоруссии) с целью формирования поверхностного слоя с повышенными прочностными свойствами. Третий этап модифицирования предполагает формирование на упрочненной поверхности твердых износостойких покрытий на основе нитрида циркония (ZrN, ZrTiN) методом вакуумно-дугового распыления материала катода с последующей конденсацией на поверхности подложки в среде ионизированного азота (участники проекта из России) или методом магнетронного напыления (участники проекта из Белоруссии). Четвертый этап модифицирования предполагает вплавление покрытий в поверхность подложки (облучение интенсивным импульсным электронным пучком – участники проекта из России; обработка компрессионными потоками плазмы – участники проекта из Белоруссии) с целью повышения сил адгезии покрытия и подложки до уровня когезии. Каждый этап модифицирования сопровождается анализом элементного и фазового состава, состояния дефектной субструктуры материала, механическими (микро- и нанотвердость) и трибологическими испытаниями, целью которых является выбор оптимального режима воздействия на структуру и свойства материала. В результате выполнения проекта будут выявлены закономерности эволюции элементного и фазового состава, дефектной субструктуры модифицированного слоя материала, изменения механических (микро- и нанотвердость) и трибологических (износостойкость, коэффициент трения) свойств материала на всех этапах модифицирования и комплексной обработки в целом, что позволит сформулировать рекомендации по использованию электронно-ионно-плазменной обработки, сочетающей облучение электронным пучком или компрессионными потоками плазмы, азотирование в плазме частотно-импульсного несамостоятельного тлеющего разряда или азотирование в потоке компрессионной плазмы, нанесение твердых покрытий для модификации поверхности технически чистых титана и алюминия, разработать рекомендации для создания нового класса технологических установок электронно-ионно-плазменной обработки деталей и изделий из легких сплавов промышленного назначения на основе титана и алюминия.