Формирование оптимальной архитектуры и комплексное исследование эксплуатационных свойств защитного высокоэнтропийного покрытия на поверхности ультрамелкозернистого титанового сплава

Настоящий проект направлен на развитие научных основ к повышению эксплуатационной надежности конструкционных титановых сплавов для авиадвигателестроения, работающих в экстремальных условиях, а также на разработку фундаментальных основ обработки и защиты поверхности, перспективных ультрамелкозернистых титановых сплавов покрытиями из высокоэнтропийных сплавов (ВЭС). В последние годы большое внимание уделяется разработке новых сплавов-высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) с необычным химическим составом, обладающих высокими механическими свойствами. Особый интерес представляет использование ВЭС из тугоплавких элементов (Zr, Ti, V, Cr и др) для защитных покрытий в связи с их очень высокой твердостью и износостойкостью. Высокоэнтропийные нитридные покрытия на основе Ti, V, Zr, Al, Cr продемонстрировали высокую износостойкость и стойкость к окислению. Однако открытым остается вопрос о роли подложки в структуре и свойствах покрытий из ВЭС и их практическом применении для деталей газотурбинного двигателя (ГТД), работающих в агрессивных экстремальных условиях эксплуатации. Цель данного проекта заключается в получении новых теоретических и экспериментальных данных по формированию покрытий на основе высокоэнтропийных сплавов, получаемых ионно-плазменной технологией на поверхности ультрамелкозернистого титанового сплава, а также прецизионные исследования формируемых покрытий и влияния структурного состояния подложки на свойства изделия с покрытием. Основными задачами планируемых исследований являются: 1) Изготовление катода для вакуумно-дуговой установки из высокоэнтропийного сплава TiZrVCrAl; 2) подбор режимов осаждения с целью получения однослойного (толщиной не более 10-12 мкм), многослойного (5-10 чередующихся слоев (TiZrVCrAl)N и TiZrVCrAl с общей толщиной не более 10-12 мкм) и мультислойного (до 1000 чередующихся слоев (TiZrVCrAl)N и TiZrVCrAl нанометровой толщины с общей толщиной не более 10-12 мкм) высокоэнтропийного покрытия (TiZrVCrAl)N с высокими механическими свойствами; 3) оптимизация режимов осаждения покрытия (TiZrVCrAl)N в зависимости от структурного состояния подложки; 4) определение физико-химических свойств высокоэнтропийного покрытия (TiZrVCrAl)N на каждом этапе; 5) исследование влияния структурного состояния положки на служебные свойства высокоэнтропийного покрытия (TiZrVCrAl)N. Научная новизна предлагаемого проекта заключается в отсутствии в российской и зарубежной литературе публикаций, посвященных получению и применению покрытий из ВЭС на металлических материалах, используемых в авиадвигателестроении и учитывая большой научный и практический интерес УМЗ титановых материалов для данных практических применений в предлагаемом проекте будет впервые осаждено ВЭС-покрытие на поверхность ультрамелкозернистой подложки, в данном случае эту роль будет играть титановый сплав ВТ-6 (Ti-6Al-4V), как широко используемый в авиадвигателестроении. Особое внимание будет уделено изучению влияния ультрамелкозернистой структуры сплава на эксплуатационные свойства покрытия, такие как твердость, эрозионная стойкость, адгезионная прочность, трибологические и механические свойства.