Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Разработаны новые составы электродных материалов и катодов-мишеней в системе Si C B. Исследована реакционная способность смеси 90%×(Si+C) + 10%×(4B+C). Установлено, что увеличение начальной температуры (T0) СВС-процесса способствует росту температуры и скорости горения механически-активированной смеси, при этом увеличение T0 не оказывает заметного влияния на состав конечных продуктов. Рассчитано значение эффективной энергии активации СВС-процесса. В результате синтеза и дальнейшего измельчения получен порошок фракцией менее 1 мкм, состоящий из кристаллитов SiC округлой формы размером 50÷100 нм. Из этого порошка по технологии горячего прессования получена мишень Si C B для магнетронного напыления. Изучены особенности формирования, а также состав, структура и свойства электроискровых покрытий на никелевом сплаве ЭП718-ИД при использовании электродов системы Cr-Al-Si-B. Установлен оптимальный высокочастотный режим ЭИЛ: Е = 0,048 Дж, I = 120 A, f = 3200 Гц, τ = 20 мкс, характеризующийся минимальной эрозией электрода при удовлетворительной скорости осаждения покрытий и относительно низкой шероховатостью. Электроискровая обработка электродами Cr-Al-Si-B способствует увеличению твердости, жаростойкости и износостойкости сплава ЭП718-ИД. Показана перспективность использования комбинации электроискровых и ионно-плазменных технологий для получения биосовместимых покрытий с заданным химическим составом и топографией поверхности. Изучена кинетика выхода серебра из покрытий TiCaPCON-Ag в физиологический раствор (ФР) в зависимости от элементного состава и шероховатости поверхности. Показано, что предварительное ЭИЛ подложки позволило увеличить удельную площадь поверхности в 2,1 раза, что привело к увеличению концентрации серебра в ФР через 3 суток наблюдений в 6–10 раз. Исследовано электрохимическое поведение двухслойных покрытий Ti/TiCaPCON-Ag. Установлено, что плотность тока растворения серебра для покрытия на модифицированной ЭИЛ поверхности на порядок выше, чем для покрытия, нанесенного на полированную поверхность. Проведены исследования адгезионной прочности и износостойкости в условиях трения-скольжения и циклических ударно-динамических нагрузок покрытий CrB2 и Cr-B-N, полученных методом магнетронного распыления СВС-мишени CrB2. Покрытия CrB2 с колонной структурой показали низкую адгезионную прочность и износостойкость, высокий коэффициент трения в паре со сталью 100Cr6 и твёрдым сплавом WC+6%Co. Покрытия Cr-B-N с глобулярной структурой имели критическую нагрузку разрушения в диапазоне 70-90 Н и превосходную трещиностойкость. Покрытия с высоким содержанием азота продемонстрировали низкие коэффициент трения (< 0.4) и скорость износа (< 2∙10-6 мм3Н-1м-1) в паре с шариком из WC+Co. Кроме того, покрытия Cr-B-N показали высокую стойкость к циклическим ударно-динамическим нагрузкам, выдержав нагрузку 1000 Н при 106 циклах. Помимо этого, покрытия показали высокие режущие характеристики при фрезеровании хромистой стали. Получены покрытия (Ti,Nb)(C,N) с высокой твердостью 40 ГПа и улучшенными трибологическими характеристиками (низкий коэффициент трения и высокая износостойкость) в широком температруном интервале. По совокупности механических и трибологических свойств покрытия (Ti,Nb)(C,N) не уступают лучшим мировым аналогам. Выполнены работы по модернизации существующего оборудования. Установлен радиочастотный плазменный генератор, состоящий из антенны-излучателя РПГ 128, согласующего устройства СУРА-2500-50-13 и блока питания Comet cito1310 (Швейцария). Также, установка магнетронного распыления дооснащена трехкоординатной установкой с ЧПУ для электроискровой обработки вращающимся электродом в вакууме.

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
В 2016 году были разработаны комбинированные технологии осаждения покрытий методами электроискрового легирования с дополнительной ионизацией разрядного промежутка в комбинации с ионно-плазменными технологиями осаждения покрытия и модификации поверхности. Для их реализации разработанная ранее вакуумная экспериментальная установка была оснащена новыми узлами: импульсным блоком питания электроискрового разряда с реализацией возможности перехода к импульсному дуговому распылению при инициации от искрового разряда и модулем импульсного дугового распыления большой мощности с косвенным поджогом дуги. Был реализован перенос материала электрода, комбинируя «классический» механизм контактного электроискрового легирования с импульсным дуговым испарением. Наличие магнетронного распылителя позволило обеспечить нанесение финишного слоя покрытия, непосредственно после нанесения ЭИЛ покрытия. Разработаны и получены новые ЭИЛ электроды и PVD катоды в системах Ta-(Hf, Zr)-C и NiAl с добавками нанопорошков BN и WC. Технология их получения состояла из следующих основных стадий: механическая активация (МА) исходных порошковых смесей, СВС синтез сложного карбида или интерметаллида, измельчение спека, горячее прессование (ГП) или искровое плазменное спекание (ИПС) порошков до получения готового изделия- электрода или катода. Из субмикронного порошка (Ta,Hf)C изготовлены компактные образцы мишеней с относительной плотностью до 90,0 ± 5,0%, твердостью – 24,0-27,4 ГПа. При синтезе интерметаллидов NiAl, введение нанодобавок позволяет получить стабильную структуру с размером зерна менее 50 мкм и повысить твердость продукта до 5,1 ГПа. Разработана оригинальная технология импульсного электроискрового переноса интерметаллида Ni41Al41Cr14Co4 при давлении аргона 10-15 Па. Обоснован выбор давления полярности электрода, подобраны частотные и энергетические параметры. Получено качественное покрытие толщиной 30 мкм. Разработаны и получены двухслойные покрытия с нижним ЭИЛ слоем Ti-(Zr,Nb)-C+ 30%(связка64Ni+24Co+6,4Al+5Cr) толщиной 30 мкм и твердостью 6 ГПа и верхним слоем нанокристаллического покрытия (Ti,TaZr,Nb)-C-N, полученного методом ионно-плазменного осаждения с твердостью до 20 ГПа. Двухслойные покрытия ЭИЛ TiC-20%Ni + PVD TiCNiAl(N) превосходят однослойные ЭИЛ покрытия TiCNi по трибологическим характеристикам и однослойные PVD покрытия TiCNiAl в условиях ударного циклического нагружения и трения скольжения. Исследованы ЭИЛ +PVD покрытия TiNbCN в условиях ударно циклических нагрузок. При низкой циклической нагрузке (500Н) наибольшую стойкость имели ЭИЛ покрытия, а при больших нагрузках (1000Н) наибольшей стойкостью обладали двухслойные покрытия. Двухслойные покрытия значительно лучше противостоят износу и имеют коэффициент трения менее 0.2. Коррозионно-электрохимические исследования показали, что нанесение двухслойного (ЭИЛ+PVD) коррозионно-стойкого покрытия на сталь позволяло снизить ток коррозии более чем в 6 раз. Разработаны подходы к подбору состава ЭИЛ электрода для формирования дополнительного коррозионно-стойкого легированного слоя в прилегающем слое стали под ЭИЛ покрытием. Впервые проведены in situ механические испытания нанокомпозиционных покрытий TiAlSiCN со структурой типа «гребёнки» непосредственно в колонне микроскопа, установлено, что при глубине погружения до 500 нм покрытие способно деформироваться без разрушения.

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
В отчётном году работы проводились по двум направлениям. Были продолжены работы по разработке новых составов многокомпонентных однослойных и многослойных покрытий с высокой твердостью, износостойкостью, термической стабильностью, жаро- и коррозионной стойкостью на примере систем Al-Ni-Ti-Si-B-(N), Mo-Si-B, Mo-Al-Si-B, TiAlSiCN/SiBCN и TiAlSiCN/Al2O3. Также была проведена апробация разработанной комбинированной технологии создания двухслойных покрытий. Для изучения научных и технологических особенностей нанесения покрытий в вакууме были выбраны модельные составы электродов, на которых ранее были проведены комплексные исследования (на воздухе и в аргоне) кинетики полярного массопереноса, особенностей формирования вторичной структуры на торце электрода, а также структуры самого покрытия. Было изучено влияние вакуума на мощность и форму дугового разряда, электроэрозионную способность и механизм взаимодействия анода и катода. В качестве объектов исследования было использовано несколько систем: WC-Co и TiC на титановых подложках, TiСNiAl(N)/TiC-Ni и TiNbCN/TiNbCN-связка (связка: 64Ni+24Co+6,4Al+5Cr) на стальных подложках. Были завершены работы по улучшению высокотемпературных свойств покрытий TiAlSiCN за счет создания многослойных структур. Установлено, что покрытия SiBCN/TiAlSiCN с оптимальной толщиной слоёв обладают термической стабильностью до 1400 °С. Твердость покрытий SiBCN/TiAlSiCN и AlOx/TiAlSiCN увеличивалась с 34 до 40 ГПа при 1000 °С, а затем незначительно снижалась до 27 ГПа при 1300 °С. Было показано, что создание промежуточных слоев AlOx и SiBCN в покрытиях TiAlSiCN значительно улучшает их стойкость к окислению. После 1100 °С покрытия AlOх/TiAlSiCN были лишь частично окислены (около 35% от общей толщины покрытия). Нижние слои в покрытиях SiBCN/TiAlSiCN после отжига при 1100 °C также не подвергались окислению. Были разработаны нанострукутрированные и аморфные покрытия в системе Al-Ni-Ti-Si-B-(N) с высокой стойкостью к абразивному износу и с высокой твердостью, недостижимой для металлических тонких пленок на основе алюминия, составлявшей от 8 до 15 ГПа и низким модулем упругости, в диапазоне от 135 до 180 ГПа. Получены покрытия Mo-Si-B и Mo-Al-Si-B с тонкой столбчатой структуры и равномерным распределением элементов по толщине. Твердость покрытия уменьшалась с 27 до 22 ГПа при добавлении 4.8 ат. % алюминия. В диапазоне 1200-1700°C, покрытия Mo-Si-B показали более высокую стойкость к окислению и термическую стабильность по сравнению с покрытиями Mo-Al-Si-B. Покрытия Mo-Si-B выдерживают краткосрочный нагрев до 1700 °C в течение 10 мин. С использованием комбинированной технологии электроискрового легирования и импульсного дугового испарения были получены двухслойные твердые износостойкие покрытия с низким коэффициентом трения в системе WC Co, позволяющие существенно улучшить эксплуатационные характеристики изделий из титана. Были подобраны оптимальные режимы автоматического нанесения ЭИЛ подслоя, при которых наблюдалась наибольшая сплошность покрытий, а также оптимальные механические свойства (твёрдость 13 ГПа, модуль упругости 200 ГПа) и толщина (70 мкм). Структура ЭИЛ покрытий при этом представляла собой 86% β-титана, 3% карбида вольфрама WC1-x и 11% твёрдого раствора углерода в титане. Помимо этого, проведён комплекс работ по подбору оптимальных режимов осаждения верхнего ИДИ слоя. Покрытие WC-Co, осажденное по оптимальным режимам, обладало нанокристаллической структурой с очень мелким размером зерна, твёрдостью на уровне 21 ГПа, и превосходной адгезионной прочностью как к титану, так и к ЭИЛ подслою. На способ нанесения покрытий, объединяющий импульсную электроискровую обработку и импульсное дуговое испарение зарегистрировано НОУ-ХАУ. Полученные двухслойные покрытия продемонстрировали исключительно высокую износостойкость в паре с контртелом из оксида алюминия. При нагрузке 10 Н и дистанции 1100 м приведённый износ составлял лишь 1,4 х 10^(-7) мм^3/Нм, а коэффициент трения находился в диапазоне 0,13-0,16. Проведены исследования структуры, состава и свойств электроискровых покрытий на титановом сплаве ВТ1-0, полученных при обработке углеродсодержащими материалами: графитом МПГ-6 и 3D композитом. Установлено, что толщина карбидизированного слоя зависит от частотно-энергетического режима обработки и полярности подключения электродов. Увеличение энергии обработки приводит к увеличению толщины формируемых покрытий, однако снижению их трещиностойкости (количество трещин в поверхностном слое увеличивается). Применение обратного переноса приводит к увеличению толщины сформированных покрытий. Установлен фазовый состав покрытий: карбида титана, α-Ti и свободный графит. Покрытия, нанесенные в вакууме, являются более однородными по структуре, по сравнению с покрытиями, сформированными на воздухе, а также характеризуются меньшей шероховатостью. Электроискровая обработка углеродсодержащими материалами повышает твердость титанового сплава (в 5,7 раза), снижает коэффициент трения (более чем в два раза) и существенно увеличивает износостойкость. Покрытия, нанесенные на воздухе, характеризуются более высокой твердостью и коэффициентом трения. Двухслойные покрытия в системе TiC-NiAl/TiC-Ni были нанесены на подложки из закаленной стали марки 40X. Электроискровая обработка электродом TiC-20%Ni позволила получить покрытия толщиной до 30 мкм с шероховатостью Ra=8 µm. ЭИЛ покрытие обладало относительно высоким коэффициентом трения 0.6 (контртело – шарик диаметром 6 мм из стали 440С). Осаждение верхнего слоя методом магнетронного распыления СВС мишени состава Ti-16%C-12%Ni-6%Al позволило снизить коэффициент трения до 0,25 и обеспечить низкую скорость приведённого износа 4х10-6 мм3/Нм. Проведенные коррозионные испытания в 1N H2SO4 показали, что покрытия, полученные с использованием электрода TiC-Ni, не обеспечивают необходимую защиту стали. Для устранения этого недостатка, был изготовлен новый электрод TiC-Ni-Cr по технологии спекания порошковой смеси. Были оптимизированы режимы спекания для исключения карбидизации хрома. Предварительные электрохимические исследования показали перспективность данного подхода для получения коррозионно-стойких ЭИЛ покрытий. Плотность тока коррозии при испытаниях ЭИЛ покрытия, полученного с использованием этого электрода, не превышала 0,2 мА/см2. Абразивные испытания показали, что однослойные ЭИЛ покрытия и двухслойные TiC-NiAl/TiC-Ni покрытия обладали гораздо большей стойкостью к абразивному износу твердыми частицами, чем покрытия, полученные только методом магнетронного распыления. Также было показано, что формирование ЭИЛ подслоя значительно улучшило трещиностойкость покрытия, полученного магнетронным распылением, за счет формирования развитого интерфейса между этими слоями. Были получены двухслойные покрытия в системе TiNbC с применением комбинированной технологии импульсного дугового испарения и электроискрового легирования. Верхнее ИДИ покрытие состояло из кристаллической фазы с ГЦК структурой на основе твёрдого раствора (Ti,Nb)C с размером кристаллитов 7-10 нм. Трибологические испытания показали, что создание двухслойных покрытий в системе TiNbC с нижним ЭИЛ слоем и верхним ИДИ слоем позволяет повысить трибологические характеристики покрытия по сравнению с двухслойными покрытиями, верхний слой которых получен методом магнетронного распыления. Коэффициент трения находился в диапазоне 0,16-0,25 (контртело – шарик 440С, Al2O3 диаметром 6 мм, нагрузка 5Н, дистанция 1000 м). Были проведены механические испытания in-situ (сжатие/изгиб) двухслойных покрытий в системе WC-Co с помощью просвечивающего электронного микроскопа. Образец в виде пина с прямоугольным сечением 2.5х0.8 мкм и длиной 6 мкм подвергался деформации при увеличивающейся нагрузке. Полученные результаты свидетельствует о том, что адгезия между ИДИ и ЭИЛ слоями превышает когезионную прочность ЭИЛ слоя, а сам ИДИ слой обладает высокой пластичностью.