Проект РФФИ № 20-58-00006 Бел_а «Разработка научных основ электронно-ионно-плазменной технологии формирования высокоэнтропийных сплавов и нитридных покрытий на их основе»

Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) являются многоэлементными материалами и содержат не менее пяти элементов близкой концентрации. ВЭС являются, как правило, однофазными термодинамически стабильными твердыми растворами замещения, преимущественно, на основе ОЦК или ГЦК кристаллической решетки. Стабилизация твердого раствора при кристаллизации обеспечивается преимущественно высокой энтропией смешения и низкой скоростью диффузии компонентов, малой скоростью роста кристаллитов из расплава. ВЭС обладают уникальными свойствами, такими как превосходная удельная прочность, превосходные механические свойства при высоких температурах, исключительная пластичность и вязкость разрушения при криогенных температурах, суперпарамагнетизм и сверхпроводимость, что подчеркивает актуальность тематики и уровень научной и практической значимости заявляемого проекта.Целью проекта является получение новых знаний о структуре и свойствах высокоэнтропийных сплавов и нитридных покрытий на их основе, синтезированных в виде тонких пленок, разработка научных основ нового экологически чистого, поддающегося полной автоматизации электронно-ионно-плазменного метода (технологии) формирования ВЭС, заключающегося в осаждении многоэлементной металлической плазмы, созданной электродуговым плазменно ассистированным одновременным независимым распылением катодов выбранных элементов и дополнительном облучении сформированного материала интенсивным импульсным электронным пучком. В качестве элементов, формирующих ВЭС, будут использованы Ti, Al, Si, Cu, Zr, Nb. В качестве подложки выбраны сталь аустенитного класса 12Х18Н10Т, сплав титана ВТ1-0 и твердый сплав ВК8. Формирование ВЭС в виде сравнительно тонких (до 50 мкм) пленок будет осуществляться осаждением многоэлементной металлической плазмы, созданной электродуговым плазменно ассистированным одновременным распылением катодов указанных элементов. Часть синтезированных пленок ВЭС будет подвергнута облучению интенсивным импульсным электронным пучком (50 мкс и 200 мкс, (25 – 40) Дж/см^2, (3 – 30) имп., 0,3 с^-1), особенностью воздействия которого, позволяющей формировать ультрамелкую, вплоть до аморфного состояния, структуру, является сверхвысокая (до 10^6 К/с) скорость охлаждения материала за счет теплоотвода в интегрально холодную подложку. Последнее подчеркивает научную новизну исследований. Участниками проекта из Белоруссии плавление ВЭС будет осуществляться импульсным компрессионным потоком плазмы.Формирование нитридных покрытий толщиной (3-5) мкм будет осуществляться осаждением многоэлементной металлической плазмы, созданной электродуговым плазменно ассистированным одновременным распылением катодов указанных элементов (Ti, Al, Si, Cu, Zr, Nb), при наличии в рабочей камере высоко ионизированной плазмы азота.Формирования ВЭС и нитридных покрытий на их основе будет сопровождаться анализом элементного и фазового состава, состояния дефектной субструктуры материала, механическими (микро- и нанотвердость, модуль Юнга) и трибологическими (износостойкость, коэффициент трения) испытаниями, целью которых является получение новых знаний и выбор оптимального режима синтеза ВЭС.В результате выполнения проекта будут выявлены закономерности формирования элементного и фазового состава, дефектной субструктуры, состояния механических (микро- и нанотвердость, модуль Юнга) и трибологических (износостойкость, коэффициент трения) свойств синтезированных ВЭС и нитридных покрытий на их основе. Полученные количественные характеристики ВЭС позволят выполнить анализ механизмов упрочнения материала и вскрыть физическую природу механических свойств сформированных сплавов. Последнее свидетельствует о научной значимости результатов. На основании полученных результатов будут сформулированы рекомендации о возможности использования электронно-ионно-плазменного метода для формирования ВЭС, разработаны рекомендации для создания нового класса технологических установок электронно-ионно-плазменного формирования высокоэнтропийных сплавов и покрытий на их основе. В совокупности это свидетельствует о практической значимости результатов выполнения заявляемого проекта.