Новые физико-технологические принципы нестационарных процессов синтеза инновационных износоустойчивых покрытий на базе диборидов тугоплавких металлов для инструментов, испытывающих циклические экстремальные термосиловые воздействия при обработке материалов спецназначения

Разработка физико-технологических принципов нестационарных процессов вакуумно-плазменного синтеза износоустойчивых самосмазывающихся покрытий на базе МеB2 (Me=Ti, Zr) и вариантов их конструкций, характеризующихся сочетанием высокой микротвердости, трещиностойкости и прочности адгезионной связи с твердосплавными и керамическими подложками, способных обеспечить значительное повышение эффективности механической обработки жаропрочных титановых и никелевых сплавов при экстремальных теплосиловых нагрузках на режущий инструмент. В рамках настоящего проекта предстоит решить целый комплекс перечисленных ниже основных задач: 1) создание экспериментальной лабораторной установки и комплексные исследования нестационарных процессов вакуумно-плазменного осаждения (с использованием магнетронного источника) пленок на базе диборидов тугоплавких металлов, оптимизация условий их синтеза; 2) установление закономерностей влияния технологических условий вакуумно-плазменного осаждения пленок на базе диборидов тугоплавких металлов на их основные физико-механические свойства; исследования эффективности и оптимизация составов различных переходных (адгезионных) слоев, направленных на повышение функциональных характеристик пленок МеB2; 3) разработка методики функционального тестирования образцов с пленками на базе диборидов тугоплавких металлов, обеспечивающей получение достоверной информации о физико-механических, структурных характеристиках и происходящих изменениях в приповерхностных слоях различных инструментальных материалов в процессе действия широкого спектра нагрузок; 4) установление закономерностей формирования в поверхностном слое твердосплавных и керамических образцов с экспериментальными покрытиями на базе МеB2 вторичных структур, обладающих термодинамической стабильностью и улучшенной смазывающей способностью при действии широкого спектра термических и механических нагрузок, в том числе экстремальных; 5) разработка научно обоснованного подхода к выбору для различных твердосплавных и керамических образцов типовых конструкций и составов покрытий, которые в определенных условиях эксплуатации смогут обеспечить максимально возможную износостойкость инструмента при резании жаропрочных титановых и никелевых сплавов; 6) проведение лабораторных испытаний твердосплавных и керамических образцов с экспериментальными покрытиями на базе МеB2 различных конструкций и составов; 7) разработка научно-технических принципов и алгоритмов для получения вакуумно-плазменным осаждением износоустойчивых покрытий на базе диборидов Ti и Zr на образцах инструмента из твердых сплавов и различных марок инструментальной керамики. Важнейшим результатом выполнения проекта будет являться новый подход, обеспечивающий повышенную износостойкость инструмента из твердого сплава и керамики в процессах механической обработки жаропрочных титановых и никелевых сплавов в условиях действия экстремальных теплосиловых нагрузок, а также формообразование деталей с требуемым качеством поверхностного слоя. Разработанный и всесторонне исследованный авторами подход будет являться базой для последующего создания на его основе комплекса производственных технологий в интересах высокотехнологичных предприятий. По итогам выполнения запланированного перечня работ, ожидается получение следующих результатов: - конструкция и образец лабораторной установки, результаты исследования на ней нестационарных процессов вакуумно-плазменного осаждения (с использованием магнетронного источника) пленок на базе диборидов тугоплавких металлов и оптимизации условий их синтеза; - закономерности влияния технологических условий вакуумно-плазменного осаждения пленок на базе диборидов тугоплавких металлов на их основные физико-механические свойства; исследования эффективности и оптимизация составов различных переходных (адгезионных) слоев, направленных на повышение функциональных характеристик пленок МеB2; - методика функционального тестирования образцов с пленками на базе диборидов тугоплавких металлов, обеспечивающей получение достоверной информации о физико-механических, структурных характеристиках и происходящих изменениях в приповерхностных слоях различных инструментальных материалов в процессе действия широкого спектра нагрузок; - закономерности формирования в поверхностном слое твердосплавных и керамических образцов с экспериментальными покрытиями на базе МеB2 вторичных структур, обладающих термодинамической стабильностью и улучшенной смазывающей способностью при действии широкого спектра термических и механических нагрузок, в том числе экстремальных; - научно обоснованный подход по выбору для различных видов твердосплавного и керамического инструмента типовых конструкций и составов покрытий, которые в определенных условиях эксплуатации смогут обеспечить максимально возможную износостойкость инструмента при резании жаропрочных титановых и никелевых сплавов; - результаты лабораторных испытаний твердосплавных и керамических образцов с экспериментальными покрытиями на базе МеB2 различных конструкции и составов; - научно-технические принципы и алгоритмов для получения вакуумно-плазменным осаждением износоустойчивых покрытий на базе диборидов Ti и Zr на образцах инструмента из твердых сплавов и различных марок инструментальной керамики.