Разработка научных принципов и инновационных технологий на основе плазменных процессов для получения изделий с контролируемой адаптивной реакцией на внешние воздействия с целью применения в механообработке, функциональных узлах машин и агрегатов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-79-30058

НазваниеРазработка научных принципов и инновационных технологий на основе плазменных процессов для получения изделий с контролируемой адаптивной реакцией на внешние воздействия с целью применения в механообработке, функциональных узлах машин и агрегатов

Руководитель Григорьев Сергей Николаевич, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" , г Москва

Конкурс №53 - Конкурс 2021 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий

Ключевые слова Изделия машиностроения, поверхностный слой, интеллектуальные материалы, повышенная износостойкость, интерметаллидные, керамические и углеродные покрытия, упрочняющие фазы, модификация поверхности, плазменное напыление

Код ГРНТИ55.20.27

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Целью проекта является создание изделий машиностроения с повышенными триботехническими характеристиками и стойкостью к разрушению при воздействии сложных эксплуатационных нагрузок и агрессивных сред посредством формирования интеллектуальных материалов из керамики и конструкционных сплавов с модифицированными слоями и покрытиями, отличающихся особой конструкцией и структурно-фазовым состоянием близлежащих к поверхности слоев, которые под воздействием внешних нагрузок обеспечивают трансформацию исходных физико-химических свойств, тем самым адаптируя поверхностный слой к условиям теплосилового воздействия и параметрам рабочей среды, многократно повышая сопротивление процессам изнашивания. Для получения описанных интеллектуальных материалов в проекте разрабатывается комплекс перспективных технологических процессов, основанных на использовании плазменных источников энергии  плазменно-искровое спекание (для формирования объемных керамических материалов), плазменно-электролитная обработка и вакуумно-плазменное напыление (для формирования покрытий и модифицированных слоев). В настоящее время исследования и разработки в области конструирования и получения изделий из интеллектуальных материалов на основе различной металлокерамики, металлических сплавов, функциональных покрытий с низким коэффициентом трения и высоким сопротивлением изнашиванию, способных работать в широком диапазоне температур для различных сфер применения, особо актуальны в технологически развитых странах, в которых функционирует большое количество специализированных исследовательских институтов и конструкторско-технологических центров, осуществляющих фундаментальные и практико-ориентированные работы в рамках данного направления. Первые авторитетные прикладные работы по структурно-энергетическим аспектам процессов трения, упрочнения и изнашивания, протекающим в режиме самоорганизации поверхностного слоя материала в зоне трибоконтакта, показывающие определенный эффект, были опубликованы около десяти лет назад и вызвали огромный интерес в мировом научно-техническом сообществе. За прошедшее время в лабораторных условиях научными коллективами, в том числе авторами настоящего проекта, были исследованы трансформации структуры и свойств различных соединений при моделировании внешних нагрузок и экспериментально показана способность поверхностного слоя формировать кислородосодержащие стабильные структуры, обладающие высокой износостойкостью. К сожалению, на сегодняшний день выполняемые исследования не имеют системного подхода к решению данной непростой научной проблемы, а все работы по-прежнему в основном сводятся к узко специализированным исследованиям и констатации изменений, происходящих в поверхностном слое экспериментальных образцов из металлических и металлокерамических сплавов с покрытиями и модифицированными слоями при контактировании с контртелами в лабораторных условиях при трении-скольжении, абразивном или коррозионном воздействии. Отчасти это связано с необходимостью наличия целого комплекса дорогостоящего аналитического оборудования и приборов для получения достоверной информации о происходящих изменениях физико-механических и структурных характеристик в приповерхностных слоях материалов, с отсутствием необходимых методологической базы, закономерностей «адаптационная способность – архитектура, структура и состав» для различных материалов, типовых материаловедческих и технологических решений для создания интеллектуальных материалов. При этом необходимы передовой технологический инструментарий, методики и установки для получения в объеме и наружных слоях различных материалов специализированных структур и составов, обеспечивающие возможность варьирования параметрами в широком диапазоне и хорошую воспроизводимость. Кроме того, если ориентировать выполняемые исследования и разработки на изделия высокотехнологичных отраслей промышленности, то существуют значительные сложности при апробации результатов в условиях реального производства. Отмеченное выше тормозит развитие чрезвычайно перспективного направления, не дает возможность расширить плоскость исследований, поднять их на принципиально другой уровень и обеспечить повышенный эффект от применения результатов на практике. Настоящий проект призван в рамках лаборатории мирового уровня объединить уникальных ученых и специалистов разных возрастных групп, успешные наработки в области конструирования и получения интеллектуальных материалов и покрытий, инновационные технологические ресурсы и аналитическую базу для достижения прорыва в соответствующей области. Научной новизной данного проекта является систематизация механизмов контролируемой структурной адаптации поверхностного слоя материалов из различных керамик и конструкционных сплавов с покрытиями и модифицированной поверхностью, установление физико-химических закономерностей эволюции формирования в их поверхностном слое вторичных структур, обладающих термодинамической стабильностью и улучшенной смазывающей способностью при действии характерных для реальных эксплуатационных условий повышенных термических и силовых нагрузок в зоне трибоконтакта, а также при воздействии различных рабочих сред. Впервые будут разработаны и практически реализованы материаловедческие и технологические решения, позволяющие получить объемные керамические материалы, армированные двумерными материалами, в частности, графеном, а также интерметаллидные, керамические и углеродные покрытия и модифицированные слои на различных керамиках и конструкционных сплавах, обладающих особыми архитектурой, химическим и фазовым составами, которые при внешнем воздействии смогут трансформировать исходные физико-химические свойства поверхностного слоя и адаптировать его к условиям теплосилового нагружения и параметрам рабочей среды, обеспечив повышенную износостойкость эксплуатируемого изделия. Для формирования интеллектуальных материалов и покрытий будут разрабатываться и совершенствоваться перспективные процессы, основанные на использовании плазменных источников энергии - плазменно-искровое спекание (для получения объемных керамических материалов), плазменно-электролитная обработки и вакуумно-плазменное напыление (для получения покрытий и модифицированных слоев). Кроме того, научной новизной запланированного комплекса исследований является создание методики и базовых алгоритмов для комплексного анализа и функционального тестирования изделий с контролируемой адаптивной реакцией на внешние воздействия, обеспечивающих получение достоверной информации об их физико-механических, структурных характеристиках и происходящих изменениях в приповерхностных слоях в процессе действия широкого спектра эксплуатационных нагрузок.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Григорьев С.Н., Волосова М.А., Окунькова А.А., Федоров С.В., Ибрагим Халед Х.М., Подрабинник П.А. Sub-Microstructure of Surface and Subsurface Layers after Electrical Discharge Machining Structural Materials in Water METALS, Vol.11(7), №1040 (год публикации - 2021)
10.3390/met11071040

2. Григорьев С.Н., Ибрагим Халед Х.М., Волосова М.А., Окунькова А.А., Федоров С.В. Electrical discharge machining of oxide and nitride ceramics: A review Materials and Design, Vol.209, №109965 (год публикации - 2021)
10.1016/j.matdes.2021.109965

3. Григорьев С.Н., Верещака А.А., Милович Ф.О., Табаков В.П., Ситников Н.Н., Андреев Н.В., Бубликов Ю.И., Сотова Е.С. Investigation of the properties of Ti-TiN-(Ti,Al,Nb,Zr)N composite coating and its efficiency in increasing wear resistance of metal cutting tools SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY, Vol.421, №127432 (год публикации - 2021)
10.1016/j.surfcoat.2021.127432

4. Григорьев С.Н., Козочкин М.П., Волосова М.А., Окунькова А.А., Федоров С.В. Vibroacoustic Monitoring Features of Radiation-Beam Technologies by the Case Study of Laser, Electrical Discharge, and Electron-Beam Machining METALS, 11(7), 1117 (год публикации - 2021)
10.3390/met11071117

5. Григорьев С.Н., Верещака А.А., Милович Ф.О., Мигранов М.Ш., Андреев Н.В., Бубликов Ю.И., Ситников Н.Н., Оганян Г.В. Investigation of the tribological properties of Ti-TiN-(Ti,Al,Nb,Zr)N composite coating and its efficiency in increasing wear resistance of metal cutting tools TRIBOLOGY INTERNATIONAL, 164, 107236 (год публикации - 2021)
10.1016/j.triboint.2021.107236

6. Григорьев С.Н., Верещака А.А., Милович Ф.О., Андреев Н.В., Бубликов Ю.И., Ситников Н.Н., Сотова Е.С., Кутина Н.Н. Investigation of wear mechanisms of multilayer nanostructured wear-resistant coatings during turning of steel. Part 2: Diffusion, oxidation processes and cracking in Ti-TiN-(Ti,Cr,Mo,Al)N coating WEAR, 486-487, 204096 (год публикации - 2021)
10.1016/j.wear.2021.204096

7. Савушкина С.В., Герасимов М.В., Эпельфельд А.В., Суминов И.В. Study of Coatings Formed on Zirconium Alloy by Plasma Electrolytic Oxidation in Electrolyte with Submicron Yttria Powder Additives METALS, 11(9), 1392 (год публикации - 2021)
10.3390/met11091392

8. Эпельфельд А.В., Борисов А.М., Дьяков И.Г., Григорьев С.Н., Крит Б.Л., Кусманов С.А., Силкин С.В., Суминов И.В., Тамбовский И.В. Enhancement of Medium-Carbon Steel Corrosion and Wear Resistance by Plasma Electrolytic Nitriding and Polishing METALS, 11(10), 1599 (год публикации - 2021)
10.3390/met11101599

9. Григорьев С.Н., Волосова М.А., Федоров С.В., Окунькова А.А., Пивкин П.М., Перетягин П.Ю., Ершов А.А. Development of DLC-Coated Solid SiAlON/TiN Ceramic End Mills for Nickel Alloy Machining: Problems and Prospects COATINGS, 11(5), 532 (год публикации - 2021)
10.3390/coatings11050532

10. Григорьев С.Н., Мигранов М.Ш., Мельник Ю.А., Окунькова А.А., Федоров С.В., Гурин В.Д., Волосова М.А. Application of Adaptive Materials and Coatings to Increase Cutting Tool Performance: Efficiency in the Case of Composite Powder High Speed Steel COATINGS, 11(7), 855 (год публикации - 2021)
10.3390/coatings11070855

11. Григорьев С.Н., Гершман Е.И., Гершман И.С., Миронов А.Е. Properties of Cold Spray Coatings for Restoration of Worn-Out Contact Wires COATINGS, 11(6), 626 (год публикации - 2021)
10.3390/coatings11060626

12. Григорьев С.Н., Гершман Е.И., Гершман И.С., Миронов А.Е., Подрабинник П.А. Microstructural Studies of the Copper-Based Coating Obtained by Cold Gas-Dynamic Spraying for the Restoration of Worn-Out Contact Wires COATINGS, 11(9), 1067 (год публикации - 2021)
10.3390/coatings11091067

13. Фокс-Рабинович Г.С., Гершман И.С., Локс Е., Пайва Ж.М., Ендрино Ж.Л., Досбавеа Г., Вельдуйс С. The Relationship between Cyclic Multi-Scale Self-Organized Processes and Wear-Induced Surface Phenomena under Severe Tribological Conditions Associated with Buildup Edge Formation COATINGS, 11(8), 1002 (год публикации - 2021)
10.3390/coatings11081002

14. Григорьев С.Н., Волосова М.А., Федоров С.В., Мустафаев Э.С. Si-containing diamond-like carbon coatings to improve the wear resistance of solid ceramic end mills Journal of Physics: Conference Series, 1954(1), 012010 (год публикации - 2021)
10.1088/1742-6596/1954/1/012010

15. Григорьев С.Н., Волосова М.А., Мигранов М.Ш., Рай М.С., Пивкин П.М. Modelling of thermophysical phenomena at cutting tools with thin self-organising coatings Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 11802, 118020P (год публикации - 2021)
10.1117/12.2593803

16. Григорьев С.Н., Волосова М.А., Мигранов М.Ш., Минин И.В., Шехтман С.Р., Сухова Н.А., Гурин В.Д., Пивкин П.М. Nanostructured biocompatible Ti-TiN coating for implants with improved functional properties Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 11867, 1186708 (год публикации - 2021)
10.1117/12.2602166

17. Сивцова Г.В., Савушкина С.В., Ашмарин А.А., Герасимов М.В., Суминов И.В., Виноградов А.В. Electrochemical studies of ceramic-like MAO-coatings on the E110 alloy Journal of Physics: Conference Series, 1954(1), 012045 (год публикации - 2021)
10.1088/1742-6596/1954/1/012045

18. Григорьев С.Н., Кондрацкий И.О., Крит Б.Л., Людин В.Б., Медвецкова В.М., Морозова Н.В., Суминов И.В., Эпельфльд А.В., Ву Р.З. Protective and Thermophysical Characteristics of Plasma-Electrolytic Coatings on the Ultralight Magnesium Alloy Journal of Engineering Materials and Technology, 144(2), 021006 (год публикации - 2021)
10.1115/1.4052718

19. С.Н. Григорьев, А.Е. Миронов, П.А. Подрабинник, И.С. Гершман, Е.В. Кузнецова Новые антифрикционные алюминиевые сплавы с повышенной способностью к адаптации при трении для монометаллических подшипников скольжения взамен бронз Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (Москва), 136 с. (год публикации - 2021)

20. Тамбовский И.В., Крит Б.Л., Кусманов С.А., Перков А.С., Морозова Н.В., Медвецкова В.М., Вдовиченко Р.А., Паленов И.Р. Features of anodic plasma electrolytic treatment of an ultra-light alloy of the Mg-Li system in an aqueous electrolyte Journal of Physics: Conference Series, 2144, 012021 (год публикации - 2021)
10.1088/1742-6596/2144/1/012021

21. Григорьев С.Н., Миронов А.Е., Кузнецова Е.В., Пристинский Ю.О., Подрабинник П.А., Солис Пинарготе Н.В., Гершман И.С., Перетягин П.Ю., Смирнов А. Enhancement of the Mechanical and Tribological Properties of Aluminum-Based Alloys Fabricated by SPS and Alloyed with Mo and Cr Metals, 11(12), 1900 (год публикации - 2021)
10.3390/met11121900

22. Ракоч А.Г., Хабибуллина З.В., Волкова О.В., Борко А.В., Ван Туан Тран, Суминов И.В,, Жуков С.В. Influence of current density and duration of pet of aa2024 alloy on the rate and growth mechanisms of a coating’s wear-resistant anticorrosive inner layer International Journal of Corrosion and Scale Inhibition, том 10, выпуск 4, страницы 1621-1637 (год публикации - 2021)
10.17675/2305-6894-2021-10-4-15

23. Григорьев С.Н., Верещака А.А., Зеленков В.В., Ситников Н.Н., Бубликов Ю.И., Милович Ф.О., Андреев Н.В., Мустафаев Э.С. Specific features of the structure and properties of arc-PVD coatings depending on the spatial arrangement of the sample in the chamber Vacuum, Том 200, номер статьи 111047 (год публикации - 2022)
10.1016/j.vacuum.2022.111047

24. Фокс-Рабинович Г.С., Досбаева Г., Ковалев А.И., Гершман И.С., Ямамото К., Локс Е., Пайва Дж., Коновалов Е., Вельдхуис С. Enhancement of Multi-Scale Self-Organization Processes during Inconel DA 718 Machining through the Optimization of TiAlCrSiN/TiAlCrN Bi-Nano-Multilayer Coating Characteristics Materials, Том 15, выпуск 4, номер статьи 1329 (год публикации - 2022)
10.3390/ma15041329

25. Григорьев С.Н., Смирнов А., Солис Пинарготе Н.В., Янушевич О.О., Крихели Н.И., Крамар О.В., Пристинский Ю.О., Перетягин П.Ю. Evaluation of Mechanical and Electrical Performance of Aging Resistance ZTA Composites Reinforced with Graphene Oxide Consolidated by SPS Materials, Том 15, выпуск 7, номер статьи 2419 (год публикации - 2022)
10.3390/ma15072419

26. Григорьев С.Н., Перетягин Н.Ю., Эпельфельд А.В., Смирнов А., Янушевич О.О., Крихели Н.И., Крамар О.В., Крамар С.В., Перетягин П.Ю. Investigation of MAO Coatings Characteristics on Titanium Products Obtained by EBM Method Using Additive Manufacturing Materials, Том 15, выпуск 13, номер статьи 4535 (год публикации - 2022)
10.3390/ma15134535

27. Григорьев С.Н., Верещака А.А., Зеленков В.В., Ситников Н.Н., Бубликов Ю.И., Милович Ф.О., Андреев Н.В., Сотова Е.С. Investigation of the influence of the features of the deposition process on the structural features of microparticles in PVD coatings Vacuum, Номер статьи 111144 (год публикации - 2022)
10.1016/j.vacuum.2022.111144

28. Григорьев С.Н., Верещака А.А., Милович Ф.О., Андреев Н.В., Бубликов Ю.И., Селезнев А.Е., Кутина Н.Н. Influence of Mo content on the properties of multilayer nanostructured coatings based on the (Mo,Cr,Al)N system. Tribology International, Номер статьи 107741 (год публикации - 2022)
10.1016/j.triboint.2022.107741

29. Борисов А.М., Высотина Е.А., Машкова Е.С., Овчинников М.А., Тимофеев М.А. Modification of the Surface of a Carbon Fiber under High-Fluence Irradiation with Carbon Ions JOURNAL OF SURFACE INVESTIGATION: X-RAY, SYNCHROTRON AND NEUTRON TECHNIQUES, Том 16, выпуск 12, страницы 211-216 (год публикации - 2022)
10.1134/S1027451022030089

30. Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Машкова Е.С., Овчинников М.А., Макунин А.В., Высотина Е.А. Surface modification of PAN based carbon fibers by high fluence N+ and C+ ion irradiation Vacuum, Номер статьи 111477 (год публикации - 2022)
10.1016/j.vacuum.2022.111477

31. Григорьев С.Н., Тет Н.С., Малахинский А.П., Махадилов И.М., Романов В., Кузнецова Е.В., Смирнов А., Подрабинник П.А., Хмыров Р.С., Солис Пинарготе Н.В., Курмышева А.Ю. Granulation of Silicon Nitride Powders by Spray Drying: A Review Materials, Том 15, Выпуск 14, Номер статьи 4999 (год публикации - 2022)
10.3390/ma15144999

32. Эпельфельд А.В., Григорьев С.Н., Крит Б.Л., Людин В.Б., Суминов И.В., Чудинов Д.Б. Improving the stability of the coating properties for group plasma electrolytic oxidation Manufacturing Letters, Том 33, Страницы 54-59 (год публикации - 2022)
10.1016/j.mfglet.2022.08.005

33. Гершман И.С., Миронов А.Е., Фокс-Рабинович Г.С., Муравьева Т.И., Шкалей И.В., Щербакова О.О., Торская Е.В., Федоров С.В., Хосе Луис Эндрино Secondary Structures on the Friction Surface of Diamond-like Coating Coatings, Том 12, выпуск 11, номер статьи 1685 (год публикации - 2022)
10.3390/coatings12111685

34. Григорьев С.Н., Аблеева Р.Р., Коротков А.Д., Хмыров Р.С., Тарасова Т.В., Гусаров А.В. Powder bed surface relief formation and denudation in selective laser melting International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Том 123, Выпуск 1-2, Страницы 543-558 (год публикации - 2022)
10.1007/s00170-022-10197-0

35. Волосова М.А., Мигранов М.Ш., Табаков В.П., Пивкин П.М. Residual compressive stresses as a barrier to crack propagation and a way to increase resistance to brittle fracture in nanostructured systems Proceedings of SPIE, Том 12091, Номер статьи 120910I (год публикации - 2022)
10.1117/12.2623065

36. Григорьев С.Н., Верещака А.А., Углов В.В., Милович Ф.О., Табаков В.П., Череда Н.Н., Андреев Н.В., Мигранов М.Ш. Influence of the tribological properties of the Zr,Hf-(Zr,Hf)N-(Zr,Me,Hf,Al)N coatings (where Me is Mo, Ti, or Cr) with a nanostructured wear-resistant layer on their wear pattern during turning of steel Wear, Volumes 518–519, 204624 (год публикации - 2023)
10.1016/j.wear.2023.204624

37. Баокун Л., Цзюньмин Ч., Григорьев С.Н., Гусаров А.В. Particle non-isothermality effect on the radiative thermal conductivity in dense particulate systems International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 204, 123822 (год публикации - 2023)
10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123822

38. Григорьев С.Н., Верещака А.А., Милович Ф.О., Ситников Н.Н., Бубликов Ю.И., Селезнев А.Е., Сотова Е.С. Crack formation and oxidation wear in (Cr,Y,Al)N and (Mo,Y,Al)N nanolayer coatings with high content of yttrium Wear, Том 528-529, Номер статьи 204989 (год публикации - 2023)
10.1016/j.wear.2023.204989

39. Григорьев С.Н., Верещака А.А., Милович Ф.О., Ситников Н.Н., Бубликов Ю.И., Табаков В.П., Селезнев А.Е., Шехтман С.Р. Investigation of the wear pattern of the Ti-TiN-(Ti,Al,Cr)N nanostructured coating with a varying modulation period International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Том 115, Номер статьи 106321 (год публикации - 2023)
10.1016/j.ijrmhm.2023.106321

40. Крит Б.Л., Эпельфельд А.В., Борисов А.М., Морозова Н.В., Ракоч А.Г., Суминов И.В., Григорьев С.Н. Plasma-Electrolyte Modification of Zirconium and its Alloys: Brief Review Materials, Том 16, выпуск 16, номер статьи 5543 (год публикации - 2023)
10.3390/ma16165543

41. Касаткин В.Е., Касаткина И.В., Богдашкина Н.Л., Герасимов М.В., Крит Б.Л., Григорьев С.Н., Суминов И.В., Козлов И.А. Influence of different modes of microarc oxidation of titanium on the electrochemical properties and surface morphology of the obtained coatings Surface Engineering, Том 39, Выпуск 3, Страницы 295–306 (год публикации - 2023)
10.1080/02670844.2023.2223451

42. Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Машкова Е.С., Овчинников М.А., Суминов И.В. Ion-Beam Surface Modification of Carbon Fibers Journal of Surface Investigation, Том 17, Страницы 426-439 (год публикации - 2023)
10.1134/S1027451023020210

43. Борисов А.М., Машкова Е.С., Овчинников М.А., Хисамов Р.К., Мусабиров И.И., Шаяхметов Р.Ю., Мулюков Р.Р. Increasing Thermal Stability of the Surface of Submicrocrystalline Nickel under High-Fluence Ion Irradiation Journal of Surface Investigation, Том 17, Страницы 54-58 (год публикации - 2023)
10.1134/S102745102301007X

44. Козлов И.А., Крит Б.Л., Морозова Н.В., Герасимов М.В., Суминов И.В. Plasma-Electrolytic Coatings Obtained on VT1-0 Titanium with a Short Processing Time Surface Engineering and Applied Electrochemistry, Том 59, страницы 433-437 (год публикации - 2023)
10.3103/S1068375523040051

45. Тамбовский И.В., Кусманов С.А., Мухачева Т.Л., Крит Б.Л., Суминов И.В., Хмыров Р.С., Паленов И.Р., Вдовиченко Р.А., Морозов В.И. Increasing the Hardness and Wear Resistance of Commercial-Purity Titanium by Anodic Plasma Electrolytic Carburizing Russian Metallurgy (Metally), № 3, страницы 11-17 (год публикации - 2023)
10.1134/S0036029523050117

46. Григорьев С.Н., Пристинский Ю.О., Тет Н.С., Малахинский А.П., Мосянов М.А., Подрабинник П.А., Смирнов А., Солис Пинарготе Н.В. Processing and Characterization of Spark Plasma Sintered SiC-TiB2-TiC Powders Materials, Том 15, выпуск 5, номер статьи 1946 (год публикации - 2022)
10.3390/ma15051946

47. Гершман И.С., Миронов А.Е., Мезрин А.М., Торская Е.В., Кузнецова Т., Лапицкая В., Рогачев А. Effect of sp3–sp2 Transformation on the Wear Rate of the DLC Coating Lubricants, Том 10, выпуск 5, Номер статьи 85 (год публикации - 2022)
10.3390/lubricants10050085

48. Григорьев С.Н., Верещака А.А., Милович Ф.О., Ситников Н.Н., Селезнев А.Е., Сотова Е.С., Бубликов Ю.О. Influence of the yttrium cathode arc current on the yttrium content in the (Ti,Y,Al)N coating and the coating properties Vacuum, Том 222, номер статьи 113028 (год публикации - 2024)
10.1016/j.vacuum.2024.113028

49. Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Воробьева Е.А., Овчинников М.А., Слепцов В.В., Цырков Р.А. Эффекты микроструктуры углеродных материалов при ионно-лучевой модификации поверхности Известия Российской академии наук. Серия физическая, Номер 4, том 88, страницы 577-583 (год публикации - 2024)
10.31857/S0367676524040088

50. Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Овчинников М.А., Хисамов Р.Х., Мулюков Р.Р. Влияние деформационного наноструктурирования на ионно-лучевую эрозию меди Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, Номер 3, страницы 57-64 (год публикации - 2024)
10.31857/S1028096024030092

51. Смирнов A., Гитиан Ф., Рамирес-Рико Й., Бартоломе Х.Ф. A zirconia/tantalum biocermet: in vitro and in vivo evaluation for biomedical implant applications Journal of Materials Chemistry B, Том 12, выпуск 36, страницы 8919 - 8928 (год публикации - 2024)
10.1039/D4TB01158A

52. Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Воробьева Е.А., Овчинников М.А., Слепцов В.В., Цырков Р.А. Effects of the Microstructure of Carbon Materials under Ion-Beam Surface Modification Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, Том 88, страницы 491-497 (год публикации - 2024)
10.1134/S1062873823706189

53. Хисамов Р.Х., Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Овчинников М.А., Тимиряев Р.Р., Мусабиров И.И., Мулюков Р.Р. Термическая стабильность ионно-индуцированного конусообразного рельефа на поверхности и микроструктуры ультрамелкозернистого вольфрама, полученного деформационным наноструктурированием Ядерная физика и инжиниринг, Номер 3, том 15, страницы 232-239 (год публикации - 2024)
10.56304/S2079562923030193

54. Григорьев С.Н., Верещака А.А., Милович Ф.О., Андреев Н.В Influence of the Properties of a Multilayer Nanostructured Coating Ti-TiN-(Ti,Cr,Mo,Al)N on the Wear Resistance of a Cutting Tool When Turning Steel AIP Conference Proceedings, Том 3118, выпуск 1, номер статьи 020008 (год публикации - 2024)
10.1063/5.0222426

55. Григорьев С.Н., Тамбовский И.В., Мухачева Т.Л., Кусманова И.А., Подрабинник П.А., Хмелевский Н.О., Суминов И.В., Кусманов С.А. Influence of electrophysical characteristics of plasma electrolytic treatment of 16MnCr5 structural alloy steel on structural and phase changes in the surface and its tribological properties Surface and Coatings Technology, Том 493, часть 1, номер статьи 131304 (год публикации - 2024)
10.1016/j.surfcoat.2024.131304

56. Григорьев С.Н., Людин В.Б., Эпельфельд А.В., Крит Б.Л., Суминов И.В., Жуков С.В., Чудинов Д.Б., Закабунин А.В., Желтухин А.В., Попов Н.С. Dynamics of microdischarges evolution during plasma electrolytic oxidation in alkaline and silicate-alkaline electrolytes International Journal of Lightweight Materials and Manufacture (год публикации - 2024)
10.1016/j.ijlmm.2024.08.002

57. Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Овчинников М.А., Хисамов Р.Х., Мулюков Р.Р. Effect of Deformation Nanostructuring on Ion-Beam Erosion of Metals Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, Том 88, страницы 478-484 (год публикации - 2024)
10.1134/S1062873823706141

58. Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Овчинников М.А., Хисамов Р.Х., Мулюков Р.Р. Effect of Deformation Nanostructuring on the Ion-Beam Erosion of Copper Journal of Surface Investigation, Том 18, страницы 305-312 (год публикации - 2024)
10.1134/S1027451024020046

59. Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Воробьева Е.А., Овчинников М.А., Слепцов В.В., Цырков Р.А. Модификация поверхности углеродного волокна при облучении ионами плазмы с энергиями от сотен эВ до десятков кэВ Ядерная физика и инжиниринг, Номер 3, том 15, страницы 224-231 (год публикации - 2024)
10.56304/S2079562923030028

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. В интересах предприятий с использованием разработанных технологий искрового плазменного спекания (ИПС), плазменно-электролитной (ПЭО) и вакуумно-плазменной (ВПО) обработки, были изготовленные образцы изделий. Для АО «ПО «Стрела» из новой композиции SiC/TiB2/TiC/GO изготовлены монолитные концевые фрезы и пластины для резания закаленных сталей. На твердосплавные конусные фрезы для обработки никелевых сплавов нанесены новые покрытия CrAlSiN/TiB2. Для АО «ОДК - Пермские Моторы» сформировано новое антифрикционное покрытие на образцах опытной детали «Поршень» гидроцилиндра реверсивного устройства. Для ФАУ «ЦАГИ» разработано антифрикционное полимер-металлооксидное покрытие для образцов подвижных цилиндров модулятора акустического излучения. Для центра коллективного пользования МГТУ «СТАНКИН» из композиции SiC/TiB2/TiC/GO изготовлены керамические сопла для пескоструйной установки. 2. На основе рекомендаций предприятий, в интересах которых изготовлены образцы изделий, разработан комплекс методик для функционального тестирования и испытаний образцов керамических и твердосплавных инструментов, детали «поршень», подвижных цилиндров модулятора и керамических сопел. 3. В соответствии с разработанными методиками были проведены тестирование и испытания образцов изделий. Результаты испытаний керамических фрез и режущих пластин при механической обработке закаленных сталей на скоростях 220 м/мин и выше, показали эффективность «твердого» фрезерования и точения инструментами из разработанного керамического композита и возможность их использования взамен твердосплавного, скорость резания закаленных сталей которым не превышает 120 м/мин. Результаты испытаний твердосплавных фрез с покрытиями CrAlSiN/TiB2 при резании никелевого сплава на скорости 270 м/мин показали способность покрытия длительное время сохранять свои свойства и увеличение износостойкости в 1,4 раза в сравнении с традиционным покрытием. Результаты тестирования детали «Поршень» с антифрикционным покрытием и сопоставления с характеристиками детали после ионного азотирования, показали значительные преимущества нового покрытия – более высокую микротвердость, способность длительное время удерживать смазку и значительное снижение интенсивности изнашивания. Результаты тестирования подвижных цилиндров модулятора акустического излучения продемонстрировали высокую эффективность применения адаптивного полимер-металлооксидного композиционного покрытия в сравнении с используемыми фторопластовыми склизками и снижение усилий трения более чем в 2,5 раза. Результаты испытаний керамических сопел из материала SiC/TiB2/TiC/GO показали увеличение их износостойкости ~ в 1,6 раза относительно сопел из традиционной керамики Al2O3. 4. Результатами проведенных исследований образцов из керамических композитов SiC/TiB2/TiC/GO установлено, что в зоне трибоконтакта вследствие термического воздействия и окисления фазы TiB2 образуются вторичные структуры TiO2 и B2O3, которые при формировании поверхностных трещин способны обеспечить эффект самовосстановления материала. Образование вторичных фаз TiO2 и B2O3 и структурная трансформация также была выявлена при анализе покрытий CrAlSiN/TiB2. Установлено, что новые фазы значительно изменяют условия фрикционного взаимодействия при высоких контактных температурах, снижают коэффициент трения и интенсивность изнашивания поверхностного слоя. 5. Были выявлены закономерности адаптационной способности керамических изделий и покрытий, которые могут в дальнейшем использоваться для проектирования, изготовления и выбора условий эксплуатации изделий. В условиях термовоздействия на керамический материал SiC/TiB2/TiC/GO соединения TiC и TiB2, входящие в состав композита, способны залечивать поверхностные трещины, образующиеся при обработке заготовок резанием. Фазы TiC и TiB2 на границах трещин вступают в контакт с кислородом окружающей атмосферы, что вызывает образование оксидов, между которыми и керамической матрицей формируется прочная связь. Установлено, что присутствие TiB2 в составе керамического материала и/или покрытия, обеспечивает адаптационную способность именно при повышенных контактных температурах, способствующих формированию фаз TiO2 и B2O3. Указанные фазы являются основным компонентом для самозалечивания трещин в объемном керамическом материале, а также компонентом, снижающим уровень фрикционного взаимодействия с контртелом и интенсивность изнашивания тонкопленочных покрытий CrAlSiN/TiB2. 6. Была предложена и реализована методика, моделирующая условия контактирования тел в тяжелонагруженных трибосопряжениях и процессах механической обработки, которая может быть использована для оценки характеристик образцов с функциональными покрытиями. При испытаниях к индентору в форме цилиндра со сферической торцевой частью, который изготавливается из более твердого материала фрикционной пары, прикладывается нормальная нагрузка, а нагрев зоны трибоконтакта осуществляется электроконтактным способом. Установлено, что информативным параметром, который может использоваться для прогнозирования функциональных свойств покрытий, является адгезионная составляющая коэффициента трения. Результаты испытаний инденторов из твердого сплава с различными покрытиями при контактировании с образцами из никелевого сплава, показали высокую сходимость экспериментальных результатов с данными, полученными при производственных испытаниях. 7. Было выполнено обобщение результатов, полученных при выполнении проекта, и созданы компьютерные базы данных с информацией о выполненных экспериментах по нанесению покрытий, созданию материалов методами ИПС, ВПО и ПЭО, режимах спекания, нанесения покрытий и др. Созданные базы предназначены для выбора рациональных технологических параметров исходя из заданных свойств изделий машиностроения. 8. Членами научного коллектива была опубликована серия работ в высокорейтинговых журналах – Vacuum, Journal of Materials Chemistry B, Surface and Coatings Technology и др., а также зарегистрированы технические решения, программы для ЭВМ и база данных. 9. В период 27 - 28 ноября 2024 года проведена IV Школы молодых ученых «Адаптивные материалы и покрытия для высокотехнологичных отраслей промышленности». 10. Членами научного коллектива проекта представлена серия доклады на международных авторитетных конференциях.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Комплекс полученных в рамках проекта результатов, ориентированных на создание изделий из керамических материалов и конструкционных сплавов повышенной износостойкости, имеет большой потенциал для использования предприятиями машиностроения и ОПК. Особенно широкую востребованность имеют разработанные в рамках проекта технологии формирования покрытий широкого спектра функционального назначения посредством плазменно-электролитной и вакуумно-плазменной обработки. Они способны обеспечить значительный экономический эффект за счет увеличения ресурса работы и эксплуатационной надежности ответственных изделий и при этом сравнительно просты в реализации. Их использование на многих предприятиях может быть успешно встроено в существующий технологический цикл изготовления изделий без больших капитальных вложений на переоборудование и модернизацию производства.