| Аннотация |
Значительный вклад в исследования аспектов проблемы создания теории проектирования износостойких покрытий внесли такие зарубежные исследователи, как Klocke F., Vetter J., Fox-Rabinovich G.S., Boxman R., Goldsmith S., Kumar C.S., Bouzakis K.-D., Yamamoto K., Veldhuis S.C., Kovalev A.I., Beake B.D., Veprek S., и ряд других, в работах которых раскрыты механизмы и природа изнашивания функциональных покрытий для различных условий службы. На основе данных работ можно сделать заключение о перспективности дальнейшего повышения эксплуатационных свойств подверженных износу изделий путем применения многослойных нанострукутрированных покрытий с рациональной структурой и элементным составом, синтезированных с использованием современных процессов и оборудования.
Несмотря на большой объем имеющихся исследований и достигнутые результаты, ряд важных свойств износостойких покрытий и их влияние на эксплуатационные свойства остаются недостаточно изученными с учетом современных задач и современного уровня развития науки. В частности, в недостаточной степени исследовано влияние параметров функциональных слоев покрытий на износостойкость режущего инструмента при обработке композитов, не предложено методики определения рациональных параметров структуры покрытий. Не исследовано в достаточной степени влияние нанослойной структуры покрытия на характер диффузионных и окислительных процессов при резании композитов. В связи с этим в рамках проекта запланирован к решению комплекс следующих задачи и соответствующих их методов выполнения.
В рамках проекта будет дано теоретическое обоснование выбора оптимальных параметров структуры и элементного состава наноструктурированных многослойных покрытий. С целью теоретического исследования характера разрушения функциональных наноструктурированных многослойных покрытий будут разработаны соответствующие физико-математические модели. Учитывая, тот факт, что разрушение покрытий может происходить по хрупкому или вязкому сценарию, на макроскопическом уровне будут использованы модели как механики разрушения, так и теории пластичности. Будут рассмотрены факторы, позволяющие тормозить развития трещин в структуре наноструктурированных многослойных покрытий. Так как характер процессов трещинообразования в покрытиях зависит от условий осаждения, будет предложена модель синтеза наноструктурированных многослойных покрытий и формирования их кластерной структуры. Данная математическая модель будет основана на положении о том, что осаждение наноструктурированных многослойных покрытий объединяет два параллельно идущих процесса – конвекции и диффузии. Основой для создания математических моделей является теория случайных процессов марковского типа, включающая стохастические дифференциальные уравнения для плотностей вероятности типа Фоккера – Планка и цепочка уравнений Боголюбова – Борна – Грина – Кирквуда – Ивона. Для моделей дискретного типа, состоящих из уравнений конечно-разностного типа на решетчатых структурах, будет применяться метод статистического моделирования типа Монте-Карло. Целью построения математических моделей является обоснование выбора рациональной многослойной структуры наноструктурированных многослойных покрытий на основе получения аналитических и численных алгоритмов, описывающих процессы, характер протекания которых влияет на свойства покрытий.
Кроме того, будут разработаны математические модели трещинообразования в покрытиях в процессе их эксплуатации. В основу построения моделей будет положена концепция последовательных фаз повреждения материала покрытия. Будет выделена фаза скрытого разрушения, при которой идет изменение физико-механических свойств материала без видимых изменений его структуры. Для данной фазы будет построена модель деградации упругих модулей в зависимости от времени или числа циклов нагружения в процессе эксплуатации. Для описания второй фазы разрушения, когда характерно появление видимых повреждений в форме микротрещин, будет использоваться функции поврежденности в зависимости от времени использовалось, т.е. система уравнений кинетического вида. Таким образом, будет разработан комплексный подход к оценке уровня поврежденности и длительности фазы разрушения, сочетающий классические континуальные оценки и оценки, полученные методами статистического моделирования перколяции на решетчатых структурах. Полученные математические модели позволят обосновать структуру покрытий, обеспечивающую максимальную надежность и долговечность с точки зрения трещиностойкости и стойкости к разрушению. Другим ключевым подходом, позволяющим управлять кристаллохимическими свойствами покрытий, а, соответственно, и их эксплуатационными показателями, будет является выбор оптимального элементного состава. Для обоснования выбора оптимального элементного и фазового состава будет использоваться метод термодинамического потенциала с учетом правил Юм-Розери.
Таким образом, на основе анализа тенденций развития модифицирующих покрытий и методов их осаждения, разработанных моделей их разрушения и изнашивания, а также сформулированных базовых концепциях выбора их рациональной структуры и элементного состава, в рамках проекта будет разработана гамма функциональных наноструктурированных многослойных покрытий и технологических режимов их осаждения. Для экспериментального подтверждения достижимости полученных теоретических результатов будет разработан план проведения экспериментов и экспериментально исследована серия изготовленных исследовательских образцов покрытий. По результатам проведенных исследовательских испытаний будут экспериментально определены наилучшие из разработанных покрытий и соответствующие им параметры технологии их получения, что позволит Иностранному партеру проекта разработать необходимую технологическую документацию и внедрить разработанную технологию плазмохимического синтеза покрытий в производство для повышения ресурса изделий в процессе эксплуатации в условиях субтропического и экваториального климата. Достижимость запланированных результатов обеспечивается использованием фундаментальных теоретических моделей, опробованных экспериментальных методик, новейшего исследовательского и технологического оборудования, а также накопленным научно-техническим заделом коллектива в области данного проекта.
|
