«Создание триботехнических материалов и покрытий нового поколения на основе интеллектуальной (цифровой) технологии синтеза»

Целью проекта является разработка научных и технологических основ конструирования нового поколения триботехнических покрытий широкого спектра применений с использованием программных методов цифрового синтеза. Научная проблема, на решение которой направлен проект состоит в необходимости разработки теоретических основ и научных принципов технологического управления состоянием поверхности трибосопряжений путем разработки методов поверхностного модифицирования и формирования многофункциональных покрытий (металлокерамических, углеродных, нанокомпозиционных, высокоэнтропийных и с эффектом памяти формы) с использованием программных методов цифрового синтеза и количественного анализа рентгеноспектральных данных, полученных на источниках синхротронного излучения. Научная проблема также включает разработку фундаментального обобщающего подхода к прогнозированию состава и структурных параметров материала (морфология, фазовый, элементный состав, толщина покрытия) для требуемых условий эксплуатации на основе использования методов машинного обучения, в том числе нейросетевых технологий. Несмотря на широкое применение вакуумных систем напыления покрытий, к настоящему времени не сформулированы фундаментальные основы получения триботехнических покрытий с учетом их эволюции в условиях изменяющихся внешних термодинамических параметров, в том числе и при отрицательных температурах. Это является особенно актуальным в связи с технологическими вызовами, стоящими перед Российской Федерацией при промышленном освоении новых территорий и ближнего космоса. Благодаря развитию новых численных методов в настоящее время появилась возможность установления более глубокой взаимосвязи между структурой и свойствами материалов на основе методов машинного обучения. Однако систематизированная методика применения этих методов к проблеме нанесения покрытий с заранее заданными трибологическими характеристиками еще не разработана. Научная новизна проекта определяется выбором в качестве объекта исследований новых типов современных ионно-плазменных покрытий, перспективных для триботехнического применения и охватывающих широкий интервал баротермических условий трения, включая области высоких и криогенных температур. Проект объединяет несколько взаимодополняющих научных направлений: трибология, инженерия поверхности, материаловедение, многомасштабное моделирование, включающее квантово-химическое моделирование, методы молекулярной динамики и конечно-элементное моделирование, анализ данных методами машинного обучения. Каждое из них по-отдельности не является самодостаточным для решения задач трибологии, поэтому выполнение проекта требует методической интеграции указанных направлений работы. Интеграция в заявленном проекте продемонстрирована на примере разработки методики нанесения вакуумных ионно-плазменных покрытий (металлокерамических, углеродных алмазоподобных, нанокомпозиционных, высокоэнтропийных, покрытий на основе материалов с эффектом памяти формы), для которых реализуется системный научно-методический подход по целенаправленному конструированию поверхностных слоев материалов, обеспечивающих их высокую работоспособность в заданных условиях эксплуатации. Научная значимость решения проблемы состоит в раскрытии функциональной связанности механо-физико-химических, трибологических, напряженно-деформационных процессов, происходящих в зоне трибоконтакта, с характеристиками нанесённого покрытия, а также рабочими параметрами процесса нанесения, путем привлечения методов интеллектуального анализа данных. Разработка интеллектуальной (цифровой) технологии синтеза новых трибологических материалов с использованием машинного обучения для управления непосредственно самим процессом синтеза материалов позволит создавать функциональные материалы с заданными триботехническими и механическими характеристиками для конкретных условий эксплуатации. Разработанная фундаментальная методика по итогам выполнения проекта будет применена к задачам, имеющим важное практическое значение. Применение перспективных трибологических покрытий позволит повысить ресурс работы узлов трения транспортных машин.