Программа фундаментальных исследований Президиума ран №8 «разработка методов получения химических веществ и создание новых материалов»

Скачать 225.69 Kb.

Название	Программа фундаментальных исследований Президиума ран №8 «разработка методов получения химических веществ и создание новых материалов»
Дата публикации	13.04.2015
Размер	225.69 Kb.
Тип	Программа

100-bal.ru > Астрономия > Программа

Программа фундаментальных исследований Президиума РАН

№ 8 «РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И СОЗДАНИЕ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ»

(координатор: академик В.А. Тартаковский)

ОТЧЕТ за 2013 г.

по проекту 8.20 «Разработка «безызносных» подшипников скольжения спутниковых антенн для работы в отсутствии смазки в открытом космосе»

Руководитель проекта: академик В.Е. Панин ______________________

(подпись)

Институты – исполнители: ИФПМ СО РАН

………………….

2013 г.

СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ

Исполнители проекта:
Сергеев В.П., д.т.н., зам. директора по НПР, зав. лабораторией

Почивалов Ю.И., к.ф.-м.н. , зам. зав.лабораторией,

Елсукова Т.Ф., д.ф.-м.н., в.н.с.

Моисеенко Д. к.ф.-м.н., с.н.с.

Федорищева М.В., к.ф.-м.н., с.н.с.

Сергеев О.В., н.с

Попкова Ю.Ф., м.н.с.

Калашников М.П., вед. инженер

Сунгатулин А.Р., вед. инженер

Жарков С.Ю., магистрант

Содержание

Введение………………………………………………………………………………..…....	6
1. Гибридная модель возбудимых клеточных автоматов применительно к моделированию эволюции кривизны в материале в процессе изнашивания………………………………………………………………………....….….	6
2.Влияние высокодозной имплантации ионов азота высокой энергии на износостойкость и структурно-фазовое состояние поверхностных слоев пар трения на основе меди и серебра…………………………………...……….…..	11
3.Структурно-фазовое состояние поверхностных слоев и повышение триботехнических свойств пар трения на основе меди и серебра при комбинированной обработке сильноточным потоком металлических ионов и осаждении покрытий MoS₂…………………………………………...…....	14
Выводы……………………………………………………………...…………………….…	19
Публикации по проекту........................................................................................	21

Реферат

к проекту Президиума РАН №8.20 «Разработка «безызносных» подшипников скольжения спутниковых антенн для работы в отсутствии смазки в открытом космосе»

Работа в открытом космосе спутниковых антенн, которые в условиях непрерывного вращения принимают слабые электромагнитные сигналы, требует создания электроконтактных пар трения (ЭКПТ), имеющих высокую электропроводность, низкий коэффициент трения и высокую износостойкость в отсутствии смазки. Для изготовления щеток и контактных колец ЭКПТ применяют серебряные и медные сплавы. Для снижения коэффициента трения и повышения износостойкости в сплавы добавляют дисульфид молибдена и углерод, для улавливания частиц износа в невесомости – кобальт. Сегодня имеющиеся в промышленности сплавы обеспечивают гарантийный срок эксплуатации ЭКПТ 7 лет. Для перспективных космических аппаратов необходимый ресурс работы изделий в условиях среднего вакуума и невесомости должен быть не менее 15 лет. В качестве одного из путей решения этой задачи авторами предлагается ионно-пучковое наноструктурирование поверхностных слоев применяемых материалов и ионно-магнетронное нанесение наноструктурных покрытий, адаптирующихся к изменению режима износа.

С позиций физической мезомеханики материалов на базе метода возбудимых клеточных автоматов построена новая гибридная модель ротационно-волновых потоков вещества и энергии, в которой явно учтены локальные моменты сил, обусловливающие формирование кривизны в материале. На основе разработанной модели проведены численные эксперименты по динамическому нагружению поликристаллических структур с различным размером зерна и разной пористостью. Результаты численных экспериментов позволили сделать вывод о высокой релаксационной способности высокопористых нанокристаллических образцов.

На основе экспериментальных исследований установлено, что высокодозная импульсная имплантация ионов азота с энергией в интервале 20-30 кэВ в образцы из медного сплава снижает коэффициент трения на 30-40% и повышает износостойкость в 1,5-2 раза при работе в паре с контртелом из того же сплава в среде аргона и, соответственно, на 50-60% и в 2-2,4 раза в атмосфере сухого воздуха. С помощью электронно-микроскопических исследований структурно-фазового состояния и распределения элементов в поверхностном слое методом масс-спектрометрии вторичных ионов показано, что повышение его триботехнических свойств может быть связано с повышением релаксационной способности вследствие значительного увеличения концентрации азота в нем, которое сопровождается измельчением зеренной структуры (наноструктурированием) основных фаз гцк-Cu и гцк-Ag и образованием микропор или газовых микропузырей в поверхностном слое.

Экспериментально показано, что бомбардировка образцов сильноточными (2-6 мА/см²) потоками ионов Zr⁺ и Ti⁺ с энергией 1-3 кэВ с последующим ионно-магнетронным осаждением на модифицированную поверхность покрытия MoS₂ приводит к снижению микротвердости поверхностного слоя. При этом одновременно существенно уменьшается коэффициент трения и повышается износостойкость при работе пар трения в атмосфере аргона, соответственно, на 50-60% и в 2,5-3,0 раза на медных образцах и на 40-50% и в 1,8-2,2 раза на серебряных образцах.

С помощью сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения выявлено, что бомбардировка подложки сильноточным потоком ионов Zr⁺ и Ti⁺ приводит к значительному изменению микроструктуры, химического и фазового состава поверхностного слоя в зависимости от параметров обработки. За счет одновременно протекающих процессов ионного травления, нагрева, радиационно-стимулированной диффузии в поверхностном слое металлической подложки формируется микропористая структура с характерным поперечным размером горизонтальных и вертикальных элементов интерметаллидного каркаса, зависящим от материала подложки, вида бомбардирующих ионов и режима бомбардировки. При последующем осаждении атомарного потока распыляемого магнетроном дисульфида молибденана такую развитую поверхность он в условиях ионной бомбардировки кристаллизуется, заполняя образовавшиеся пустотные каналы. В результате этого вдоль интерфейса формируется релаксационный нанокомпозитный слой в виде двойной переплетенной сетчатой структуры из элементов покрытия и подложки, которая способствует переходу механизма износа исследуемых пар трения в условиях атмосферы инертного газа или среднего вакуума от адгезионного к трению с граничной твердой смазкой.

Введение

Рис. 1. Схема взаимодействия 2D планарной подсистемы интерфейса и 3D подсистемы кристаллической решетки.
В рамках SECA-метода моделируется распределение потоков механической энергии в образце, подвергающемся внешнему механическому воздействию (растяжению, сжатию и др.). Моделируемый образец представляется в виде клеточного автомата, представляющего собой сеть из взаимодействующих активных элементов. Данная сеть разделена на кластеры, каждый из которых отвечает за отдельное зерно, обладающее собственной ориентацией кристаллической решётки, характеризуемой углами Эйлера ,  . Входными параметрами модели являются начальные значения векторов напряжений в центрах элементов {

, 0 ≤ i ≤ I-1}, I  общее число элементов. На каждом n-м временном шаге алгоритма реализуются следующие операции:

Вычисляется напряжение

на границе i-го элемента и его k-го соседа (1 ≤ k ≤ K, K – общее число соседей) как результирующая проекций векторов напряжений этих элементов на нормаль к их границе, направленную от данного соседа к i-му элементу (рис. 2):

(1)

В рамках предлагаемого алгоритма в качестве соседей данного элемента рассматриваются элементы, расположенные на его первой координационной сфере.

Рис. 2. Схема вычисления напряжения на границе элементов.
По формуле Торнбулла рассчитывается скорость потока вещества через рассматриваемую границу

под действием напряжения

. (2)

Здесь

подвижность границы между i-м элементом и его k-м соседом:

. (3)

В данном случае

 максимальное значение подвижности, которое зависит от вида материала, содержащегося в каждом из этих элементов:

, (4)

где Y_i, Y_k – значения модуля Юнга i-го элемента и его k-го соседа, c – эффективная скорость отклика среды на внешнее механическое воздействие; k_B  постоянная Больцмана;

энергия границы между рассматриваемыми элементами на (n 1)-м шаге по времени:

, (5)

где γ_HAGB – максимальная энергия границы, соответствующая максимальному углу разориентации кристаллической решётки, θ_HAGB – максимальный угол разориентации, θ_i, θ_k – эффективные углы ориентации решётки i-го элемента и его k-го соседа; T_ik – величина температуры на рассматриваемой границе, вычисляемая как среднее арифметическое значение величин температуры данных элементов T_i и T_k:

. (6)

Исходя из полученных линейных скоростей переноса вычисляются угловые скорости поворотной моды потока переноса (рис.3):

. (7)

Рис.3. Схема расчета угловой скорости вихря в активном элементе клеточного автомата. Двумерный случай.

Гибридным SECA методом были проведены численные эксперименты по ударному нагружению образца с поликристаллической структурой. Диаметр активного элемента был равен 0,1 мкм, размеры образца – 5×2×5 мкм. Верхний и нижний слои моделировали керамику на основе оксида алюминия с толщиной – 0,3 мкм; в качестве материала среднего слоя был выбран алюминий с толщиной 4,4 мкм. Образец подвергался одноосному асимметричному сжатию с плотностью потока энергии 12 Вт/с∙мм² на верхней грани и 9 Вт/(с∙мм²) на нижней грани. Шаг по времени составлял 10 пикосекунд, общее время нагружения – 1 микросекунда. Общий вид образцов и схема нагружения представлены на рис. 4. Нагрузка действовала на образец до 500 нс, после 500 нс произошла разгрузка (рис. 4в).

а б в

Рис. 4. Зеренная структура моделируемого образца (а), схема нагружения (б) и зависимость нагрузки от времени (в).
Моделировались 4 типа образцов: с размером зерна около 500нм, с размером зерна около 100нм, 500нм с порами и 100нм без пор. Обнаружено, что в пористых образцах с размером структурных элементов 100нм достигается максимальный средний момент силы (рис. 5). Однако, именно благодаря малости структурных элементов и пор, такой материал более способен к релаксации накопленных внутренних напряжений. На рис. 6 видно, что уровень остаточных напряжений в образцах с размером структурных элементов 100нм меньше на десятки процентов по сравнению с материалом более крупной структуры. Это говорит о необходимости измельчения структуры и введения пористости в наноструктурированные слои.

Рис. 5. График зависимости усредненных удельных по объему моментов сил от времени.

Рис. 6. График зависимости усредненных эффективных напряжений от времени.
Разработанная модель позволяет моделировать поведения образцов самой разнообразной структуры (вводить пористость, варьировать размер зерен, их геометрическую анизотропию, диапазон разброса трехмерных углов ориентации кристаллической структуры, энергетическое состояние межзеренных границ, и пр.). Таким образом, компьютерное моделирование на базе предлагаемого подхода может быть использовано для оценки запаса прочности и износостойкости материала при его динамическом нагружении в парах трения.

б

2. Влияние высокодозной имплантации ионов азота высокой энергии на износостойкость и структурно-фазовое состояние поверхностных слоев пар трения на основе меди и серебра
При ионно-пучковом наноструктурировании поверхностных слоев металлических материалов возможно создание максимально однородного распределения напряжений на интерфейсе «наноструктурированный поверхностный слой – основной объем материала», сечение которого в плоскости интерфейса имеет вид «шахматной доски» с чередующимися областями сжатия и растяжения. Действие этого фактора в совокупности с наличием в наноструктуре квазиаморфной фазы могут обеспечить эффективную релаксацию в наноструктурированном поверхностном слое концентраторов напряжений всех масштабов, приводя к значительному повышению трибомеханических свойств нагруженного твердого тела.

На основе экспериментального исследования установлено, что высокодозная имплантация ионов азота с помощью ионного имплантера «ИГИ-3» с энергией в интервале 20-30 кэВ в образцы из медных и серебряных сплавов снижает коэффициент трения на 20-40% и повышает износостойкость в 1,3-2,0 раза при работе в паре с контртелом из того же сплава в среде аргона и, соответственно, на 30-60% и в 1.6-2,4 раза в атмосфере сухого воздуха. При определении концентрационных профилей внедренного азота методом масс-спектрометрии вторичных ионов (рис.1а) выявлено значительное увеличение в ионно-модифицированном поверхностном слое концентрации азота вплоть до 8-10 ат.%. Изучение структуры медных и серебряных образцов после бомбардировки ионами азота с помощью просвечивающей электронной микроскопии (рис.2) показало, что в поверхностном слое происходит измельчение зеренной структуры (наноструктурирование) основных фаз гцк-Cu и гцк-Ag и образование в нем микропор или газовых пузырей. Эти явления наблюдаются при больших флюенсах ионного облучения, превышающих значение 3·10¹⁷ cм^-2. Интенсивность их возрастает с увеличением флюенса. Средний размер зерен меди в ионно-имплантированном поверхностном слое при достижении f = 1,8·10¹⁸ cм^-2 уменьшается от ~50 мкм до ~0,5 мкм, поперечный размер образующихся микропор или газовых микропузырей находится в пределах 0,03-0,15 мкм.


а	б
Рис. 1. Концентрационные профили (а) имплантированных в медный образец ионов азота с энергией Е = 20 кэВ при флюенсах f₁ = 9·10¹⁷ cм^-2 и f₂ = 1,8·10¹⁸ cм^-2 и электронно-микроскопическое изображение (б) поперечного сечения поверхностного слоя медного образца, имплантированного ионами азота при Е = 20 кэВ и f₁ = 1,8·10¹⁸ cм^-2

Определение микротвердости Н_μ поверхностного слоя с помощью нанотвердомера Nanotest-600 показывает ее слабую зависимость от флюенса f ионного облучения для медных образцов (рис.2). Для серебряных сплавов в пределах экспериментальной погрешности измерений имплантация ионами азота поверхностного слоя не влияет на его микротвердость. Зависимость Н_μ (f) для ионно-модифицированных медных образцов имеет экстремальный характер с максимумом при f ~ 9·10¹⁷ cм^-2 (рис. 2). Возрастание Н_μ, по-видимому, связано с измельчением зеренной структуры и следует соотношению Холла-Петча. Действие этого механизма эффективно в области низких значений f ≤ 1·10¹⁸. В области более высоких значений f существенно возрастает пористость в поверхностном слое медного образца, что вызывает понижение его микротвердости.

Повышение триботехнических свойств исследуемых пар трения при высокодозной имплантации ионами азота может быть связано с повышением релаксационной способности поверхностного слоя в результате значительного увеличения концентрации азота в нем, которое сопровождается измельчением зеренной структуры (наноструктурированием) основных фаз гцк-Cu и гцк-Ag и образованием микропор или газовых микропузырей в поверхностном слое.

Рис. 2. Величина микротвердости Н_μ ионно-модифицированных образцов меди (○) и серебряного сплава (∆) при разных значениях флюенса f ионов азота и постоянной энергии 20 кэВ

Пластическая деформация в твердых телах может зарождаться и распространяться только в зонах растягивающих нормальных напряжений, где возможны локальные структурные превращения, необходимые для зарождения и распространения дефектов кристаллической решетки. «Шахматный» характер распределения растягивающих нормальных напряжений на интерфейсе «наноструктурированный поверхностный слой – основной объем материала» обусловливает локализацию зарождения пластических сдвигов в поверхностном слое деформируемого материала. Чем ниже масштабный уровень локализации деформации, тем больший объем материала одновременно вовлекается в пластическое течение и тем выше все механические характеристики нагруженного материала. При ионном наноструктурировании поверхностного слоя на интерфейсе «наноструктурированный поверхностный слой – основной объем материала» формируется распределение напряжений в виде «шахматной доски» с минимальными размерами клеток. В результате создается поверхностный релаксационный слой, который способен затруднять генерацию дислокаций и образование микротрещин и их проникновение в объем материала, что задерживает деградацию поверхностного слоя и предотвращает преждевременный износ и разрушение материала.
3. Изменение структурно-фазового состояния поверхностных слоев и повышение триботехнических свойств пар трения на основе меди и серебра при комбинированной обработке сильноточным потоком металлических ионов и осаждении покрытий MoS₂
Бомбардировка образцов сильноточными (2-6 мА/см²) потоками ионов металлов с энергией 1-3 кэВ с последующим ионно-магнетронным осаждением на модифицированную поверхность покрытия MoS₂ на ионно-магнетронной установке «Квант-03МИ» может приводить к еще более высокому эффекту повышения триботехнических свойств пар трения на основе медных и серебряных сплавов. С помощью сканирующей (Quanta 200 3D) и просвечивающей высокого разрешения (JEM-2100) электронной микроскопии выявлено, что обработка подложки сильноточным потоком ионов Zr⁺ и Ti⁺ приводит к существенному изменению микроструктуры, химического и фазового состава поверхностного слоя (рис.3) в зависимости от параметров облучения. За счет одновременно протекающих процессов ионного травления, нагрева, радиационно-стимулированной диффузии в поверхностном слое металлической подложки формируется микропористая «сетчатая» структура с характерным поперечным размером горизонтальных и вертикальных элементов интерметаллидного каркаса 1- 4 мкм при бомбардировке ионами Ti⁺ (рис.3а) и 0,1- 0,6 мкм – ионами Zr⁺(рис.3в).


а	б

в	г
Рис. 3. Морфология обработанного потоком ионов Ti⁺ поверхностного слоя медного образца (a) и изменение химического состава по глубине (б); соответственно, то же (в) и (г) для образца, обработанного потоком ионов Zr⁺. Изображения ионно-модифицированной поверхности образцов получены на сканирующем электронном микроскопе LEO EVO 50XVP, кривые изменения химического состава по глубине – с помощью масс-спектрометра вторичных ионов MS-7201SELMI

Соответственно, изменяется фазовый состав поверхностного слоя, который можно определить с помощью рентгеновской съемки под скользящим углом отражения (рис.4). При ионной обработке цирконием он соответствует диаграмме состояния Cu-Zr в области концентраций ~ 88 ат.% Zr (на рис. 3г), и состоит из смеси двух фаз α-Zr с ГПУ-решеткой Р6₃/mmc и параметрами а=0,3223 нм и с=0,5147 нм и интерметаллида CuZr₂ с тетрагональной решеткой I4/mmm (рис.4а). При обработке ионами Ti⁺поверхностный слой меди насыщается титаном до концентрации ~ 36 ат.% и превращается в трехфазную смесь: Cu с ГЦК-решеткой Fm3m и интерметаллиды Cu₃Ti с орторомбической решеткой Cmc2₁ и Cu₄Ti₃ с тетрагональной решеткой I4/mmm (рис.4б).

а
б
Рис. 4. Рентгенограммы модифицированных ионами Zr⁺ (а) и Ti⁺ (б) поверхностных слоев образцов меди. Обработка выполнена на установке «Квант-03МИ» потоками ионов со средней энергией ~2 кэВ и ионном токе 3,5 мА/см²

Средний размер зерен фаз в ионно-модифицированном поверхностном слое медных образцов уменьшается от ~50 мкм до ~50-100 нм (рис.5). Определение микротвердости Н_μ обработанного сильноточным потоком ионов Ti⁺ поверхностного слоя с помощью нанотвердомера Nanotest-600 показывает увеличение в ~2,3 раза на медных и в ~1,2 раза на серебряных образцах в сравнении со значениями в исходных образцах меди и серебряного сплава (табл. 1). Наблюдаемое возрастание Н_μ связано с образованием в ионно-обработанном поверхностном слое интерметаллидного каркаса в виде регулярной сетчатой структуры (рис.3а,в) и с измельчением зеренной структуры (рис.5).

Нанесение с помощью импульсного магнетрона в условиях ассистирующей бомбардировки ионами рабочего газа (аргона) мягкого покрытия MoS₂ на предварительно обработанную ионами титана поверхность образцов приводит к снижению микротвердости поверхностного слоя (табл.1), но при этом одновременно существенно уменьшается коэффициент трения и возрастает износостойкость при работе пар трения в атмосфере аргона, соответственно, на 50-60% и в 2,5-3,0 раза на медных образцах и на 40-50% и в 1,8-2,2 раза на серебряных образцах.

Рис. 5. Электронно-микроскопическое изображение поперечного сечения поверхностного слоя медного образца, обработанного потоком ионов Zr⁺ c энергией ~2 кэВ и плотностью ионного тока 1,8 мА/см². Светлые полосы на изображении соответствуют каналам в поверхностном слое образца, над которыми фольга имеет наименьшую толщину.

При осаждении атомарного потока распыляемого магнетроном дисульфида молибдена в условиях ионной бомбардировки на развитую после предварительной обработки тяжелыми металлическими ионами поверхность образца он кристаллизуется, заполняя образовавшиеся пустотные каналы. В результате этого вдоль интерфейса образуется двойная переплетенная сетчатая структура из элементов покрытия и износостойкого интерметаллидного каркаса в поверхностном слое подложки, который в процессе работы пары трения удерживает в своих каналах MoS₂ и подает его только в определенных количествах в область контактирующих тел, обеспечивая их смазку при трении. Таким образом, механизм износа исследуемых пар трения в атмосфере аргона меняется с адгезионного на трение с граничной твердой смазкой. При этом срок службы пары трения может существенно возрастать как в условиях работы в атмосфере аргона, так и в среднем вакууме в космических условиях, механизмы износа в которых эквивалентны.
Табл. 1. Величина микротвердости Н_μ ионно-модифицированных образцов при разных режимах обработки поверхностного слоя

Материал образца	Режим обработки	Н_μ, ГПа
Cu	-	1,4 ± 0,11
	ионы Ti⁺	3,2 ± 0,18
	ионы Ti⁺ + покрытие MoS₂	0,58 ± 0,06
Ag сплав	-	1,1 ± 0,08
	ионы Ti⁺	1,3 ± 0,10
	ионы Ti⁺ + покрытие MoS₂	0,60 ± 0,07

Программа работ по проекту согласована с ООО «Космонит», входящему в Госкорпорацию ОАО «Российские космические системы». В 2014 г. совместно с ООО «Космонит» будут проведены ускоренные ресурсные испытания образцов пар трения на основе меди и серебряных сплавов с нанокомпозитным поверхностным слоем в условиях испытательной базы, имеющейся в ОАО «Российские космические системы».

Выводы

1. В ходе выполнения данного этапа проекта на базе метода возбудимых клеточных автоматов была построена новая гибридная модель ротационно-волновых потоков вещества и энергии, в которой явно учтены локальные моменты сил, обусловливающие формирование кривизны в материале. На основе разработанной модели были проведены численные эксперименты по динамическому нагружению поликристаллических структур с различным размером зерна и разной пористостью. Результаты численных экспериментов позволили сделать вывод о высокой релаксационной способности высокопористых нанокристаллических образцов. Разработанная модель позволяет моделировать поведение образцов самой разнообразной структуры (вводить пористость, варьировать размер зерен, их геометрическую анизотропию, диапазон разброса трехмерных углов ориентации кристаллической структуры, энергетическое состояние межзеренных границ, и пр.). Таким образом, компьютерное моделирование на базе предлагаемого подхода может быть использовано для оценки запаса прочности и износостойкости материала при его динамическом нагружении в парах трения.

2. Высокодозная имплантация ионов азота в образцы из медных и серебряных сплавов уменьшает коэффициент трения на 20-40% и повышает износостойкость в 1,3-2,0 раза при работе в паре с контртелом из того же сплава в среде аргона и, соответственно, на 30-60% и в 1.6-2,4 раза в атмосфере сухого воздуха. При этом, микротвердость Н_μ медных образцов слабо повышается, серебряных – остается неизменной в пределах экспериментальной погрешности измерений. С помощью электронно-микроскопических исследований структурно-фазового состояния и распределения элементов в поверхностном слое методом масс-спектрометрии вторичных ионов показано, что повышение триботехнических свойств может быть связано с повышением его релаксационной способности вследствие значительного увеличения концентрации азота в нем, которое сопровождается измельчением зеренной структуры (наноструктурированием) основных фаз гцк-Cu и гцк-Ag и образованием микропор или газовых пузырей в поверхностном слое. Эти явления наблюдаются при флюенсах f ионного облучения более 3·10¹⁷ cм^-2. Средний размер зерен в ионно-имплантированном поверхностном слое при f = 1,8·10¹⁸ cм^-2уменьшается от ~50 мкм до ~0,5 мкм, поперечный размер образующихся микропор или газовых микропузырей находится в пределах 0,03-0,15 мкм.

3. Бомбардировка образцов сильноточными (2-6 мА/см²) потоками ионов Zr⁺ и Ti⁺ с энергией 1-3 кэВ с последующим ионно-магнетронным осаждением на модифицированную поверхность покрытия MoS₂ приводит к снижению микротвердости поверхностного слоя, но при этом одновременно к существенному уменьшению коэффициента трения и повышению износостойкости при работе пар трения в атмосфере аргона, соответственно, на 50-60% и в 2,5-3,0 раза на медных образцах и на 40-50% и в 1,8-2,2 раза на серебряных образцах. С помощью сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, рентгеноструктурного анализа выявлено, что за счет одновременно протекающих процессов ионного травления, нагрева, радиационно-стимулированной диффузии в поверхностном слое металлической подложки формируется микропористая структура с характерным размером элементов интерметаллидного каркаса 1-4 мкм при бомбардировке ионами Ti⁺ и 0,1-0,6 мкм – ионами Zr⁺. Изменяется его фазовый состав: при обработке цирконием он состоит из смеси двух фаз α-Zr и интерметаллида CuZr₂; при обработке ионами Ti⁺представляет трехфазную смесь: гцк-Cu и интерметаллиды Cu₃Ti и Cu₄Ti₃. Средний размер зерен фаз в поверхностном слое уменьшается до ~50-100 нм. Показано, что при осаждении атомарного потока распыляемого магнетроном MoS₂ в условиях ионной бомбардировки на развитую после предварительной обработки тяжелыми металлическими ионами поверхность в образцах формируется нанокомпозитный слой, способствующий переходу механизма износа исследуемых пар трения в условиях атмосферы инертного газа или среднего вакуума от адгезионного к трению с граничной твердой смазкой.

В 2014 г. совместно с ООО «Космонит» будут проведены ускоренные ресурсные испытания образцов пар трения на основе меди и серебряных сплавов с нанокомпозитным поверхностным слоем в условиях испытательной базы, имеющейся в ОАО «Российские космические системы».

Публикации по проекту:

а) реферируемые журналы

Моисеенко Д.Д., Почивалов Ю.И., Максимов П.В., Панин В.Е. Возникновение поворотных мод деформации в приграничных зонах зёренной структуры в нагруженном поликристалле // Физическая мезомеханика. – 2013. – Т. 16. № 1. – С. 39 49.
Панин В.Е., Моисеенко Д.Д., Панин С.В., Максимов П.В., Куприянов С.Н., Овечкин Б.Б. Влияние моментных напряжений на развитие стесненной деформации и разрушение композиции «покрытие – основа» // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2013. – Т. 56. – № 7/2. – С. 299 – 305.
Сергеев В.П., Панин В.Е., Черный И.В., Гамыгин К.А., Калашников М.П. Влияние ионного наноструктурирования медной подложки на ее структурно-фазовое состояние и триботехнические характеристики // Перспективные материалы. – 2014. – (в печати).
Sergeev Victor P., Fedorischeva Marina V., Neufeld Vasily V., Kalashnikov Mark P. Influence of Surface Treatment of Copper Substrates by Titanium Ions on Structure and Thermomechanical Properties of Nanocomposite coatings on the basis of Si-Al-N // Advanced Materials Research. – 2014. – (в печати).
Федорищева М.В., Калашников М.П., Сергеев В.П., Нейфельд В.В. Изменение структурно-фазового состояния поверхностного слоя медной подложки при бомбардировке ионами титана // Изв. РАН, сер. Физика. – 2014. – (в печати).

б) труды международных конференций

Федорищева М.В., Калашников М.П., Сергеев В.П., Нейфельд В.В. Влияние бомбардировки ионами титана на изменение структурно-фазового состояния поверхностного слоя медной подложки //Сборник материалов 16-го международного симпозиума "Упорядочение в минералах и сплавах». – г. Ростов-на-Дону - г. Туапсе. –12 - 17 сентября 2013 г. – г. Ростов-на-Дону, изд-во РостГУ. – Т. 2. –С. 157 – 161
Калашников М.П., Федорищева М.В., Нейфельд В.В., Сергеев В.П. Изменение структурно-фазового состояния поверхностного слоя медной подложки при бомбардировке сильноточным потоком ионов Ti. // Перспективы развития фундаментальных наук [Электронный ресурс]: труды X Международной конференции студентов и молодых учёных. Россия, Томск, 23–26 апреля 2013 г. / под ред. Г.В. Ляминой, Е.А. Вайтулевич. – Национальный Исследовательский Томский политехнический университет, 2013. – Режим доступа: http://science-persp.tpu.ru/Previous%20Materials/Konf_2013.pdf – 1027 с. – C. 903-907.
Жарков С.Ю., Сергеев В.П., Федорищева М.В., Калашников М.П., Нейфельд В.В., Сергеев О.В. Термомеханические свойства покрытий Si-Al-N при поверхностной обработке подложки из сплава БРХ-0,8 ионами Zr⁺ //Сборник тезисов Международной конференции «Иерархически организованные системы живой и неживой природы». – 9 -13 сентября 2013 г. –Томск. – С. 247 - 248.

Добавить документ в свой блог или на сайт

	Отчет за 2013 г. По программе фундаментальных исследований ...		Отчет о научно-исследовательской работе по программе фундаментальных... Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского Отделения Российской академии наук
	«Нейтринная Физика» программа фундаментальных исследований президиума ран Полученная величина с учётом результатов других экспериментов с солнечными нейтрино даёт прямое экспериментальное доказательство...		Специальная астрофизическая обсерватория ран «Внедрение новых методов и проведение научных исследований на телескопах цкп сао ран»
	Отчет о научно-исследовательской работе на тему: «Разработка модифицированных... «Разработка модифицированных методов выделения гуминовых веществ для получения биологических препаратов на основе вермикомпоста»		Рабочая программа по дисциплине В. В методы очистки и разделения биологически активных веществ Целью изучения дисциплины «Методы очистки и разделения биологически активных веществ» дать студентам представление о сущности современных...
	Программа фундаментальных исследований Президиума ран перспективы... России и Украины по приоритетным направлениям модернизации, инновационного и технологического развития		Омскийфилиа л В отчете представлены результаты фундаментальных и прикладных исследований и разработок, проведенных в 2009 г. Омским филиалом Института...
	Омскийфилиал В отчете представлены результаты фундаментальных и прикладных исследований и разработок, проведенных в 2006 г. Омским филиалом Института...		Омскийфилиа л В отчете представлены результаты фундаментальных и прикладных исследований и разработок, проведенных в 2011 г. Омским филиалом Института...
	Омскийфилиа л В отчете представлены результаты фундаментальных и прикладных исследований и разработок, проведенных в 2008 г. Омским филиалом Института...		Омскийфилиа л В отчете представлены результаты фундаментальных и прикладных исследований и разработок, проведенных в 2007 г. Омским филиалом Института...
	Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры: «ом и енд» Изучение фундаментальных химических законов, теорий, методов классической и современной химии		Примерная программа дисциплины технология конструкционных материалов... Учебная дисциплина «Технология конструкционных материалов» посвящена изучению методов получения материалов и формирования из них...
	Российской Академии Наук Институт проблем нефти и газа со ран министерство... Председатель – Александр Федотович Сафронов, чл корр. Ран, председатель Президиума Якутского научного центра со ран, директор ИПНГ...		Тема занятия №3. Хроматографические методы исследований. Цель: Сформировать представления о хроматографических методах анализа как одних из важнейших физико-химических методов исследований...

Программа фундаментальных исследований Президиума ран №8 «разработка методов получения химических веществ и создание новых материалов»

к проекту Президиума РАН №8.20 «Разработка «безызносных» подшипников скольжения спутниковых антенн для работы в отсутствии смазки в открытом космосе»

Введение

Выводы

Публикации по проекту:

Похожие: