Анализ и систематизация результатов теоретических и экспериментальных исследований послужат основой для развития модельных представлений о процессах формирования градиентных покрытий и их поведения при эксплуатации. Результаты, которые будут получены в ходе выполнения проекта, в силу оригинальности разработанного подхода, а также уникальности методик, использованных для локального механического и трибологического анализа, являются принципиально новыми.
Многие материалы, как и покрытия на их основе, уже подошли к пределу своих свойств, и дальнейшая модификация методов синтеза таких материалов не приводит к значительному росту необходимых характеристик. Для улучшения рабочих характеристик и расширения возможностей применения покрытий мы изучаем влияние градиента состава покрытий на их механические и трибологические свойства.
В течение первого года исследования ученые напыляли модельные износостойкие материалы, изменяя параметры напыления таким образом, чтобы получаемые покрытия воспроизводимо демонстрировали неизменный химический состав с различными нестехиометрическими соотношениями.
С помощью высокоточных приборов измеряли полученные свойства – химический состав, коэффициент трения, микроизнос, шероховатость поверхности, твердость, модуль Юнга. Для каждого покрытия мы выявили наборы параметров и свойств, которые можно использовать как конструктор для дальнейшего моделирования функционально-градиентных покрытий.
На основе результатов исследования первого года коллектив ученых оптимизировал параметры напыления однослойных покрытий с разным составом и максимальным вкладом состава в свойства получаемого материала покрытий, минимизируя паразитное влияние сопутствующих параметров.
Проект «Теоретико-экспериментальное исследование износостойких покрытий с управляемым градиентом свойств по глубине» финансируется Российским научным фондом (соглашение 23-49-10062), проводится на базе вуза с 2023 года и рассчитан на три года.
Функционально-градиентные материалы (ФГМ) представляют собой композиционные материалы с постепенным изменением состава и структуры по всему объему и, следовательно, с изменением свойств. Эффективность аналогов природных биомиметических структур в искусственных функционально-градиентных металлокерамических композитах базируется на их микро- и наноструктуре. Одной из ветвей развития ФГМ явилась концепция конструирования градиентных покрытий, позволяющая значительно модифицировать поверхность однородного материала или сплава с минимальными затратами в производстве.
Трибологические свойства – свойства контактного взаимодействия тел, в том числе с учетом трения, износа как в присутствии смазки, так и без нее.
Нестехиометрические соединения – это соединения переменного состава, в которых отношение количеств разнородных атомов не может быть выражено малыми целыми числами; количественные соотношения атомов в материале.
Износостойкость – это сопротивление материалов изнашиванию. Износостойкость деталей оценивается при испытаниях на стенде или в эксплуатационных условиях по длительности работы подвергаемых испытаниям материалов или изделий до заранее заданного или предельного значения износа.
