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 22-79-00173
НазваниеГибридные защитные износостойкие покрытия на основе пары твердая пленка / антифрикционная пленка, перспективные для ветроэнергетики
Руководитель Ермакова Евгения Николаевна, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В.Николаева Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл
Конкурс №70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» 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 Пленки, покрытия, износостойкость, механические свойства, графитоподобный нитрид углерода g-C3N4, химическое осаждение из газовой фазы, карбонитрид кремния-бора SiBCN, летучие элементорганические предшественники
Код ГРНТИ29.19.16
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Альтернативная энергетика является динамично развивающейся отраслью. Стремительный рост данного сектора обусловлен, прежде всего, развитием солнечной, ветровой и гидроэнергетики. В России в последние годы были запущены ветроэнергетические кластеры в Ростовской и Ульяновской областях, республиках Калмыкия и Крым и др. Разрабатываются проекты более чем 10 новых ветряных станций по всей стране. Срок службы ветряной турбины составляет 20 лет. Однако некоторые узлы ветряного генератора, такие как роликовые подшипники главного вала и редукторов изнашиваются гораздо быстрее и требуют дорогостоящего ремонта. Нанесение износостойких покрытий является одним из способов увеличения срока службы оборудования. Эксплуатация турбин происходит в условиях высокой влажности, кислотных дождей, высоких ветровых нагрузок и др., что обуславливает дополнительные требования к покрытию: стабильность состава и свойств в условиях агрессивных сред и повышенной влажности, твердость и эрозионная стойкость. Использование ветрогенератора в России также сопровождается экстремальными перепадами температуры, что осложняет применение классических жидких смазочных материалов. Для решения обозначенной проблемы предлагается разработать новый тип гибридных защитных износостойких покрытий, сочетающих высокую износостойкость, твердость и устойчивость к агрессивным средам. В основе подхода лежит управление трибомеханическими свойствами покрытия за счет синергетического эффекта твердого и антифрикционного твердосмазочного слоя. В предлагаемом материале графитоподобный нитрид углерода будет выступать в качестве твердосмазочного слоя, а пленки TiSiN и SiBCN обеспечат твердость получаемого покрытия. Введение кремния в состав твердой части покрытия позволит улучшить его химическую устойчивость, а в случае TiSiN также препятствовать формированию столбчатой структуры, негативно влияющей на твердость пленок. В рамках данного проекта будут разработаны и реализованы методики управляемого синтеза новых гибридных многофункциональных покрытий на основе структуры TiSiN/g-C3N4 и SiBCN/g-C3N4 с улучшенными характеристиками (механическими, трибологическими, коррозионностойкими) на различных типах материалов, включая сталь. Научная новизна проекта определяется природой слоев, входящих в состав гибридного покрытия. Графитоподобный нитрид углерода g-C3N4 является активно исследуемым материалом в области фотокатализа, однако в области трибологии слабо изучен. Тем не менее, так же, как и известные твердосмазочные материалы (графен, дисульфид молибдена, гексагональный нитрид бора), он обладает слоистой структурой, обеспечивающей малое сопротивление сдвигу и высокое сопротивление сжатию, что обуславливает их малый коэффициент сухого трения. В последние годы появились публикации по использованию его в качестве активной стабилизирующей добавки в антифрикционном твердосмазочном материале (дисульфида молибдена и термореактивного полиимида) и стандартной смазке на основе парафина. Стоит отметить, что для получения покрытий g-C3N4 использовался в виде готового порошка, что ограничивает его применение в получении пленок и покрытий. В данном проекте же предлагается формировать слой графитоподобного нитрида углерода на поверхности подложки в ходе химической реакции с использованием органических предшественников. Обоснованность выбора SiBCN в качестве твердого слоя гибридного покрытия определяется его высокой твердостью и окислительной термостойкостью. Предполагается, что принадлежность обоих слоев покрытия SiBCN/g-C3N4 к системе Si-B-C-N позволит улучшить адгезионные характеристики. Для создания таких гибридных многофункциональных покрытий TiSiN/g-C3N4 и SiBCN/g-C3N4 предполагается использование комбинации методов химического осаждения из газовой фазы для осаждения слоев g-C3N4 и SiBCN и физического осаждения из газовой фазы для осаждения слоев TiSiN. Выполнение проекта позволит установить корреляции между особенностями состава и строения полученных гибридных покрытий и их физико-механическими, трибологическими характеристиками, а также устойчивостью к воздействию агрессивных сред. Значительный объем фундаментальных результатов будет получен впервые.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ