Тонкопленочные покрытия со структурой сверхрешетки и ультранизким коэффициентом трения на основе 2D и квази-2D материалов

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 22-29-00197

НазваниеТонкопленочные покрытия со структурой сверхрешетки и ультранизким коэффициентом трения на основе 2D и квази-2D материалов

Руководитель Романов Роман Иванович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" , г Москва

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-106 - Проблемы механики в проектировании новых материалов

Ключевые слова двумерные материалы, коэффициент трения, износостойкость, микромеханика, сверхрешетки

Код ГРНТИ29.19.22

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Возрастающие требования к качеству контактирующих поверхностей и точности их изготовления, связанные с созданием высокотехнологичных механических устройств в том числе микромеханических, обуславливают ускоренное развитие методов модифицирования поверхности. Одно из перспективных направлений в этой области связано с нанесением тонкопленочных покрытий, которые при минимальной толщине (до 1 мкм) должны обеспечивать стабильное и длительное снижение коэффициента трения в различных возможных условиях эксплуатации (воздух различной влажности, инертный газ, вакуум, низкие и повышенные температуры). В последнее время наилучшие результаты по снижению трения достигаются за счет эффекта «суперсмазки» (коэффициент трения менее 0,01), который может проявляться при правильном выборе состава и реализации определенного структурного состояния тонких пленок, содержащих нано-размерные компоненты из дихалькогенидов переходных металлов (ДПМ) и/или различных модификаций углерода (графены, фуллерены, наноалмазы и пр.). На проявление эффекта суперсмазки оказывают важное влияние не только структурно-фазовые характеристики самого тонкопленочного покрытия, но и другие факторы, обусловленные спецификой трибоиспытаний (природа контртела и подложки, молекулярный состав и температура окружающей среды). Многофакторная зависимость эффекта по аномальному снижению коэффициента трения в варьируемых условиях испытаний обуславливает значительную сложность научного исследования по пониманию его природы, а также по формулировке требований к тонкопленочным материалам и технологиям их формирования. Исследования, которые предполагается проводить в рамках данного проекта, направлены на развитие новой для научного коллектива тематики: разработке методов создания ультратонких пленок ДПМ-материалов с 2D и квази-2D структурой и углеродных пленок с графено-подобной структурой, а также формирование многослойных покрытий со структурой сверхрешетки на основе этих наноматериалов с целью снижения коэффициента трения скольжения (менее 0,01) в варьируемых условиях испытаний (вакуум, инертный газ, сухой и влажный воздух). Для обеспечения ультранизкого трения контактирующих материалов предполагается формирование на их поверхности тонких пленок с разной степенью упорядочения локальной атомной упаковки, что позволит выявить влияние фактора несоразмерности атомных упаковок на трение и износ тонких пленок в различных условиях. В качестве локально-упорядоченных (нанокристаллических) компонентов будут использоваться ультратонкие слои дисульфидов молибдена и вольфрама (MoS2/WS2), а также углеродные графено-подобные слои. Для регулирования структурного состояния графено-подобная фаза будет модифицироваться за счет внедрения атомов S, H, N. Таким образом будет достигаться получение новых свойств графено-подобных состояний углерода. Качественно новые трибо-характеристики тонкопленочных покрытий реализуются в результате многофакторных трибо-индуцированных структурных и химических изменений в нанокомпозитной пленке в контактной области пары трения. Планируется изучить картину трибо-активированных процессов в новых 2D и квази-2D структурированных наноматериалах и выявить условия трибо-формирования новых поверхностных состояний, которые обеспечат ультранизкое трение и улучшенную износостойкость покрытий.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Романов Р.И., Фоминский Д.В., Касьяненко В.А., Грицкевич М.Д., Фоминский Ф.Ю. Effect of Interface Ni and Ti Films on Antifriction Properties of Nanolayer Thin-Film WS2/g-C Coatings Physics of Atomic Nuclei, том 85, №. 9, стр. 158–162. (год публикации - 2022)
10.1134/S1063778822090307

2. Романов Р.И., Фоминский Д.В., Неволин В.Н., Касьяненко В.А., Фоминский В.Ю. Выбор компонентов и нано-структурирование тонкопленочных покрытий WS2/MoS2/a-C для снижения трения скольжения в осложненных условиях Перспективные материалы, №9, стр. 64-76. (год публикации - 2022)
10.30791/1028-978X-2022-9-64-76

3. Романов Р.И., Фоминский Д.В., Демин М.В., Гритскевич М.Д., Дорошина Н.В., Волков В.С., Фоминский В.Ю. Tribological properties of WS2 thin films containing graphite-like carbon and Ni interlayers Materials, V. 16, art. 282 (год публикации - 2023)
10.3390/ma16010282

4. Романов Р.И. , Фоминский Д.В., Климова Е.В., Фоминский В.Ю. Реализация сверхнизкого коэффициента трения в тонкопленочных твердосмазочных покрытиях, содержащих нано-размерные слои дисульфидов молибдена и тантала. Упрочняющие технологии и покрытия, Т.19, №8, с.378-384 (год публикации - 2023)
10.36652/1813-1336-2023-19-8-378-384

Публикации