Реферат: Научно-учебный центр свс мисис-исман (нуц свс)

Научно-учебный центр СВС МИСиС-ИСМАН (НУЦ СВС)

Директор НУЦ СВС - д.т.н., проф., академик РАЕН, почетный доктор Горной Академии Колорадо (США), Левашов Евгений Александрович

1.1. Научно-учебный центр СВС МИСиС-ИСМАН (НУЦ СВС) был создан совместным приказом-постановлением Гособразования СССР и Президиума АН СССР № 744/119 от 21.09.1989, как первый в стране совместный научно-образовательный центр, объединяющий усилия и ресурсы высшего учебного заведения и академического института в проведении фундаментальных исследований, разработке и внедрении достижений на предприятиях, подготовке и переподготовке специалистов по различным аспектам научной проблематики. НУЦ СВС существует в качестве структурного подразделения НИТУ «МИСиС» объединяя ведущих специалистов МИСиС и ИСМАН в области химической физики, физики горения и взрыва, структурной макрокинетики, физического материаловедения, порошковой металлургии, обработки металлов давлением, теории металлургических процессов.

НУЦ СВС является признанным в мире мультидисциплинарным научно-образовательным центром по разработке новых материалов (керамика, металлокерамика, интерметаллиды, композиционные и функционально-градиентные материалы, многокомпонентные и многослойные наноструктурированные пленки, твердые трибологические покрытия, коррозионно- и жаростойкие покрытия, многофункциональные биоактивные наноструктурные пленки, самосмазывающиеся покрытия, дисперсно-упрочненные наночастицами материалы и покрытия), технологий получения (СВС, порошковая металлургия, магнетронное напыление при ассистировании ионной имплантацией, электроискровое легирование, термореакционное электроискровое упрочнение), методик выполнения измерения механических и трибологических свойств наноструктурных пленок и покрытий, в том числе создания государственных стандартных образцов и их метрологического сопровождения.


^ 1.2. Основные научные направления

- Физикохимия процессов горения, теория самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) (руководители: проф. Е.А. Левашов; проф. А.С. Рогачев);

- Структурная макрокинетика, механизмы формирования структуры продуктов гетерогенных химических реакций в волне горения различных СВС- систем. Механическое активирование экзотермических смесей - как эффективный способ управления кинетикой процесса и свойствами продуктов (руководители: проф. Е.А. Левашов; проф. А.С. Рогачев; в.н.с., доцент В.В. Курбаткина);

- Разработка и синтез дисперсно-упрочненных наночастицами металломатричных композитов для алмазного инструмента нового поколения (руководители: проф. Е.А. Левашов; в.н.с., доцент В.В. Курбаткина);

- Разработка и синтез новых классов конструкционных и инструментальных керамических и металлокерамических материалов, дисперсионно-твердеющих и дисперсно-упрочненных наночастицами, в том числе электродных материалов для ионно-плазменного и ионно-лучевого распыления, импульсного электроискрового легирования, термореакционного электроискрового упрочнения (руководитель: проф. Е.А. Левашов);

- Физикохимия многофункциональных и функционально-градиентных материалов (ФГМ), в том числе алмазосодержащих, электродных, ударостойких материалов (руководитель: проф. Е.А. Левашов);

- Физика плазмы, теория ионно-плазменных и ионно-лучевых процессов. Ионная имплантация (руководители: гл.н.с., проф. Д.В. Штанский; проф. Е.А. Левашов);

- Кинетика и механизм формирования наноструктурных тонких пленок и покрытий (сверхтвердых, биосовместимых, жаростойких, коррозионностойких, оптических, резистивных), полученных методами магнетронного напыления, ионной имплантации, импульсного лазерного осаждения, импульсного электроискрового упрочнения, термореакционного электроискрового упрочнения с использованием композиционных СВС- мишеней и электродов (руководители: гл.н.с., проф. Д.В. Штанский; проф. Е.А. Левашов);

- Создание метрологического комплекса и нормативно-методической базы для обеспечения единства измерений механических и трибологических свойств наноструктурированных поверхностей и продукции наноиндустрии. (руководители: проф. Е.А. Левашов; с.н.с., доцент Петржик М.И.);

- Разработка и синтез огнеупорной СВС- керамики металлургического назначения. Исследование закономерностей взаимодействия керамических материалов с металлургическими расплавами. Разработка новых огнеупорных композиций, в том числе для центробежного литья прецизионных сплавов медицинского назначения (руководитель: проф. М.Р. Филонов);

- Разработка и синтез жаропрочных и жаростойких композиционных материалов с интерметаллидной матрицей (руководитель: проф. Е.А. Левашов).

Научные направления носят инновационную направленность и соответствуют приоритетному направлению развития науки, технологий и техники Российской Федерации «Индустрия наносистем и материалы», критические технологии: «Нанотехнологии и наноматериалы», «Технологии создания и обработки кристаллических материалов со специальными свойствами», «Технологии создания композиционных и керамических материалов», «Технологии создания биосовместимых материалов». Указанные направления развиваются от фундаментальных и проблемно-ориентированных НИР через ОКР, изготовление опытных образцов и партий изделий, проведение испытаний, а также маркетинговых и патентных исследований к освоению серийного производства новых материалов, оказания научно-технических услуг предприятиям.


^ 1.3. Кадровый потенциал. Участие сотрудников подразделения в работе диссертационных советов, редакционных коллегий журналов, в работе международных научных советов.

В центре работает более 30 сотрудников, включая 5 докторов наук и профессоров, 11 кандидатов наук и доцентов, 14 ИТР, 6 аспирантов, 12 студентов. Сотрудники центра участвуют в работе диссертационных советов Д 212.132.05 при МИСиС и Д 002.092.01 при ИСМАН, редакционных коллегий журналов: «Известия вузов. Цветная металлургия»; «Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия»; «Цветные металлы»; «International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis»; «Физическая инженерия поверхности»; «Металловедение и термообработка материалов». Участвуют в работе научных советов и комитетов, в том числе: научный совет РАН по горению и взрыву; международный комитет по функциональным градиентным материалам; Европейский совместный комитет по плазме и инженерии поверхности; международный комитет конференции «Plasma Surface Engineering»; международный комитет по СВС; Российско-Французский международный комитет «Новые достижения в материаловедении и охране окружающей среды»; международная лаборатория ACSEL (Advanced Coatings and Surface Engineering Laboratory); международный комитет «Metallurgical Coatings and Thin Films», международный комитет Европейской конференции по нанопленкам.

НУЦ СВС участвует в реализации проектов международных фондов и программ: «Эврика», МНТЦ, 6-ая и 7-ая Рамочные программы Евросоюза.

За период с 1989 г. по 2009 г. опубликовано более 600 статей в международных и национальных реферируемых журналах, 55 авторских свидетельств и патентов (в т.ч. 16 международных патентов), 8 книг. Научные группы НУЦ СВС сотрудничают с ведущими исследовательскими центрами США, Европы, Японии, Китая.

Ведется подготовка кадров по специализациям «Структурная макрокинетика» и «Физико-химические основы синтеза неорганических материалов в режиме горения» в рамках специальности 070800 и специализации «Технологии СВС» в рамках специальности 110800.


Научные и инновационные достижения в 2009 г.

^ 2.1 Достигнутые в 2009 году результаты

2.1.1. Теория СВС, структурная макрокинетика, механизмы фазо- и структурообразования, применение механического активирования для управления кинетикой процесса и свойствами продуктов синтеза.

Применена технология СВС- компактирования со стадией предварительного механического активирования шихты, позволяющая получать компактные керамические материалы в системах Cr-B и Ti-Cr- В и экспериментально получены образцы композиционных керамических материалов. Исследовано валияние параметров МА на состав и структуру исходной шихты, температуру и скорость горения, количество выделяющегося тепла и скорость тепловыделения, состав, структуру и свойства конечных продуктов. Установлено, что в результате МА возрастает скорость тепловыделения и реакционная способность смеси за счет измельчения частиц титана и хрома, уменьшения областей когерентного рассеяния, увеличения плотности дефектов структуры и дислокаций. Определены режимы МА, при которых количество выделяющегося тепла и скорость тепловыделения максимальны. Предложен механизм фазо- и структурообразования в волне горения. Определена активная роль кислорода, содержащегося в поверхностных слоях как исходных, так и активированных реагентов, заключающаяся в транспорте бора, обеспечивая увеличение эффективной реакционной поверхности. При увеличении содержания кислорода в шихте возрастает роль газотранспортного переноса бора к поверхности хрома и титана. Лимитирующей стадией взаимодействия хрома и титана с бором становится реакционная диффузия. Исследованы особенности фазо- и структурообразования продуктов синтеза в системе Cr-B и Ti-Cr-B. Показано, что увеличение содержания Cr при постоянном отношении Ti/B приводит к исчезновению фазы моноборида титана и образованию в продуктах синтеза новых ранее не изученных тройных соединений с возможными формулами Ti2CrB2 и Cr4Ti9B. Изучено влияние параметров СВС- компактирования на плотность синтезированных продуктов. Разработана методика получения экспериментальных образцов и определены оптимальные режимы СВС- компактирования, обеспечивающие получение композиционных керамических материалов с пористостью на уровне 2-3%. Исследованы свойства разработанных материалов: плотность, пористость, твердость, жаростойкость. С повышением концентрации хрома в системе Ti-Cr-B наблюдается уменьшение пористости от 6 до 2 %, рост твердости от 14 до 16 ГПа. Наибольшей твердостью (16 ± 1,4) ГПа обладает образец TiB+30%Cr, а также повышение жаростойкости, так, например, для образца с 10% хрома скорость окисления составила 1х10-3 г/м2с, а с 40% хрома – 2х10-4 г/м2с. Подобранны аппроксимирующие функции, характеризующие процесс окисления образцов при t=900˚C в течение τ=30 ч на воздухе. Лимитирующим процессом роста оксидной пленки является диффузия кислорода

Проведены исследования макрокинетических характеристик процессов горения реакционных смесей в системе Ti-Al-Si3N4-C, рассчитанных на образование X×TiAl3+(100-X)×(TiC0,5+Ti5Si3+AlN), где X – параметр зашихтовки от 10 до 50 %. Установлены закономерности процесса горения реакционных смесей, что позволило сделать вывод о необходимости использования дополнительного источника тепла (внешнего или внутреннего) для реализации процесса СВС во всем диапазоне параметров зашихтовки. Показано, что увеличение Х, т.е. увеличение содержания TiAl3 в конечных продуктах, приводит к снижению температуры и скорости горения. Зависимости температуры горения от начальной То близки к линейным, однако увеличение температуры горения примерно в два раза меньше, чем увеличение начальной температуры. Например, повышение начальной температуры на 300 градусов вызывает рост температуры горения примерно на 150 градусов. Вероятно, это можно объяснить влиянием фазовых превращений (плавлением) при высоких температурах, а также нелинейным ростом тепловых потерь на излучение. Исследованы особенности фазо- и структурообразования продуктов синтеза в системе Ti-Al-Si3N4-C. Установлено, что основными структурными составляющими продуктов синтеза являются зерна TiCxNy и связующие фазы TiAl3 и Ti5Si3. Увеличение параметра зашихтовки приводит к образованию в конечных продуктах макс-фазы Ti3SiC2, имеющей характерную слоистую структуру, а также приводит к снижению доли фаз Ti(C,N) и Ti5Si3 и увеличению доли TiAl3. Определены оптимальные режимы технологического процесса силового СВС- компактирования и разработана методика получения экспериментальных образцов, позволяющая получать композиционные керамические материалы с высокой относительной плотностью – 96-99 %. Получены экспериментальные образцы композиционных керамических материалов и мишеней в виде дисков диаметром 48, 78 и 125 мм и в виде прямоугольных сегментов шириной 75 и 90 мм с толщиной 6-8 мм на основе TiCxNy, Ti5Si3, TiAl3, и проведены их лабораторные испытания. По результатам лабораторных испытаний физико-механических свойств и жаростойкости полученных керамических материалов установлена обратная зависимость плотности и твердости продуктов синтеза от параметра зашихтовки. Наибольшим значением твердости (10,3 ГПа) обладает образец с параметром зашихтовки Х = 10 %. Показано, что продукты синтеза, полученные при Х = 28,1 %, обладают наименьшей остаточной пористостью, наибольшей скоростью звука и наибольшей прочностью на изгиб. Комплексные исследования керамических материалов на основе TiCxNy, Ti5Si3, TiAl3 показали, что они обладают относительной плотностью 96,3-99,5 %, твердостью 8-10 ГПа, пределом прочности на изгиб 169-218 МПа, модулем упругости 385-521 МПа и превосходной жаростойкостью – скорость окисления на воздухе при 900оС составляет 5·10-5г/м2×с.

Данные работы выполнялась по следующим проектам:

- Тема № 7164201, государственный контракт 02.740.11.0133 от 15.06.2009 по теме: «Проведение научных исследований коллективом Научно-образовательного центра НУЦ СВС МИСиС-ИСМАН в области создания и обработки композиционных керамических материалов», лот   № 10, шифр заявки 2009-1.1-210-027-001 ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (руководитель: проф., д.т.н. Левашов Е.А.). Объем 2009 г = 5 000 000 руб.

Партнерами по данным проектам являются: ИСМАН.


2.1.2. Разработка керамических и металлокерамических дисперсионно-твердеющих и дисперсно-упрочненных наночастицами материалов, в т.ч. электродных для ионно-плазменного и ионно-лучевого распыления, импульсного электроискрового легирования, термореакционного электроискрового упрочнения

Разработаны научные принципы создания нового поколения наноструктурированных электродных материалов для процессов упрочнения и восстановления поверхности. Определены составы реакционных смесей для синтеза дисперсно-упрочненных наночастицами металлокерамических материалов на основе карбида титана, никелида титана и алюминида никеля. Разработаны методики получения методом силового СВС- компактирования наноструктурированных материалов, на основе TiC-NiMo, TiC-TiNi и NiAl-TiN с использованием эффекта дисперсного упрочнения СВС- продуктов наночастицами тугоплавких соединений для процессов упрочнения. Исследовано влияние нанодисперсных компонентов тугоплавких соединений Al2O3, ZrO2, WC на макрокинетику процесса горения в системах Ti-C-Ni-Mo, Ti-C-Ti-Ni и Ni-Al-TiN, а также на процессы фазо- и структурообразования продуктов синтеза. Показано, что в случае системы Ti-C-Ni-Mo, в которой ведущей является высокоэкзотермичная реакция образования карбида титана, введение добавок нанодисперсных компонентов в состав исходной реакционной смеси приводит к снижению адиабатической температуры горения (в среднем на 300 К). В тоже время для систем Ti-C-Ti-Ni и Ni-Al-TiN, в которых температура горения равна температуре плавления основного продукта химического взаимодействия (интерметаллиды TiNi и NiAl) разбавление исходной шихты добавками нанодисперсных порошков в количестве до 7 % по объему не оказывает влияния на адиабатическую температуру горения. Во всех исследуемых системах подобное легирование нанокомпонентом приводит к снижению скорости горения в 1,5-2 раза. Введение в состав реакционной смеси наночастиц тугоплавких соединений способствует модифицированию структуры продуктов синтеза, при котором средний размер зерен основной износостойкой фазы уменьшается в 1,5-3,5 раза, что оказывает позитивное влияние на физико-механические свойства материалов. Проведены комплексные исследования физико-механических свойств и жаростойкости дисперсно-упрочненных наночастицами материалов на основе карбида титана, никелида титана и алюминида никеля, которые подтвердили эффект позитивного влияния наночастиц тугоплавких соединений на такие характеристики как относительная плотность, твердость, прочность и стойкость к высокотемпературному окислению. Так, наноструктурированные электродные материалы обладают высокой относительной плотностью до 99,1 %, пределом прочности на изгиб до 951 МПа, повышенной твердостью до 22,4 ГПа, низкой скоростью окисления на воздухе 1,2×10-4 – 8×10-3 г/(м2×с) при температуре 1000 оС, и минимальным содержанием примесей, концентрация которых не превышает 0,9 %. Из полученных наноструктурированных материалов изготовлены экспериментальные образцы стержневых и дисковых электродов и проведены их лабораторные испытания в условиях импульсных электроискровых процессов с целью исследования кинетики формирования покрытий. Лабораторные испытания проводились специалистами Лаборатории химической динамики Института ядерных наук ВИНЧА (г. Белград, Сербия). По результатам испытаний установлен эффект значительного увеличения коэффициента переноса (в некоторых случаях до 15 раз), по сравнению с использованием базовых электродных материалов, не содержащих в своем составе нанодисперсных компонентов.

Данные работы выполнялась по следующим проектам:

- Тема № 3164601 Аналитической ведомственной ФЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» (Рособразование) по теме: «Исследование процесса импульсного электроискрового модифицирования металлических поверхностей при использовании наноструктурированных электродов». (руководитель: проф., д.т.н. Левашов Е.А.). Объем 2009 г = 2 423 600 руб

- Тема № 7164202, государственный контракт № 02.513.11.3472 от 18.06.2009 по теме: «Разработка нового поколения наноструктурированных материалов для упрочнения и восстановления поверхности с участием научных организаций Сербии» ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 - 2012 годы». (руководитель: проф., д.т.н. Левашов Е.А.). Объем 2009 г = 2 000 000 руб.

- Тема № 1164017, договор с ФГУП ММПП «Салют» № 052/08-503/1079-85 от 1 августа 2008 г. НИОКР: «Разработка и внедрение технологии электроискрового легирования с применением новейших составов наноструктурных и модифицированных нанодисперсными компонентами электродных материалов компрессорных лопаток перспективного ГТД для повышения их износостойкости и работоспособности» (руководитель: проф., д.т.н. Левашов Е.А.). Объем 2009 г = 750 000 руб.

- Партнерский проект МНТЦ 3616 по теме: «Разработка экологически чистого сухого процесса механической обработки» с Национальной лабораторией Брукхевена, компанией «Дженерал Моторс» и Департаментом энергетики США (рук: проф., д.т.н. Левашов Е.А.). Объем 2009 г = 230 000 долларов США.

Партнерами по данным проектам являются: МГУПИ, С-ПГТУ, ИОФАН, ИТМО, ОАО ПКО «Теплообменник» (г. Нижний Новгород), ОАО Научно-исследовательский институт стали, ФГУП ПО Уралвагонзавод им. Ф. Э. Дзержинского, ФГУП ММПП «Салют», ОАО Энергомаш им. академика Глушко (г. Химки), ОАО НПО «Сатурн», ООО «Компоненты двигателя» (г. Москва), Институт ядерных наук ВИНЧА (г. Белград, Сербия) и др.


^ 2.1.3. Разработка фундаментальных основ и технологий осаждения многокомпонентных биоактивных наноструктурных пленок на металлические и полимерных имплантаты

Разработан принципиально новый подход к конструированию многокомпонентных биоактивных наноструктурных пленок (МБНП) на основе тугоплавких соединений TiC, Ti(C,N), (Ti,Ta)C, (Ti,Ta)(C,N) с биологически активной неорганической матрицей, содержащей элементы Ca, Si, O, P. Научно обоснованный выбор элементного и фазового состава покрытий обеспечивает биоактивность и биосовместимость, улучшая при этом механические и трибологические свойства поверхности. Неорганические добавки CaO, ZrO2, Si3N4, TiO2, Ca3(PO4)2 и Ca10(PO4)6(OH)2 вводятся уже на этапе получения композиционных мишеней для ионно-плазменного осаждения покрытий. По совокупности химических, механических, трибологических и биологических характеристик покрытия превосходят зарубежные аналоги.

Полученные МБНП обладают уникальным сочетанием свойств, необходимых для многофункциональных биоматериалов, работающих под нагрузкой: высокая твердость, низкий модуль упругости, высокая адгезионная прочность, низкий коэффициент трения, высокая износостойкость, высокая стойкость к упругой деформации разрушения и пластической деформации, высокая усталостная прочность, гидрофильность, отрицательный заряд поверхности в физиологической среде, положительный потенциал коррозии, биосовместимость, отсутствие токсичности и биоактивность, обеспечивающие существенное ускорение остеоинтеграции.

Изготовленные модельные образцы имплантатов с покрытиями успешно прошли биологические, токсикологические, санитарно-химические и клинические испытания, по результатам которых зарегистрированы ТУ 9438-015-11458417-2009 «Набор имплантатов титановых с многофункциональными биоактивными наноструктурными покрытиями для черепно-челюстно-лицевой хирургии ЧЧЛХ-Имбнп-«Конмет»; ТУ 9438-016-11458417-2009 «Набор имплантатов титановых с многофункциональными биоактивными наноструктурными покрытиями для хирургии позвоночника ХП-Имбнп-«Конмет»; ТУ 9437-017-11458417-2009 «Набор имплантатов дентальных титановых с многофункциональными биоактивными наноструктурными покрытиями Д-Имбнп-«Конмет»; ТУ 9444-002-49346483-2009 «Эндопротезы тазобедренного сустава бесцементной фиксации с многофункциональными биоактивными наноструктурными покрытиями». Получены регистрационные удостоверения № ФСР 2009/06260 «Набор имплантатов титановых с многофункциональными биоактивными наноструктурными покрытиями для хирургии позвоночника, ХП-Имбнп-«Конмет» и № ФСР 2009/06261 «Набор имплантатов титановых с многофункциональными биоактивными наноструктурными покрытиями для черепно-челюстно-лицевой хирургии, ЧЧЛХ-Имбнп-«Конмет», разрешающие производство, продажу и применение на территории РФ.

Данные работы выполнялась по следующим проектам:

- Тема № 9164101, хозяйственный договор с БелГУ в рамках государственного контракта № 02.523.11.3007 по теме: «Разработка опытно-промышленных технологий получения нового поколения медицинских имплантатов на основе титановых сплавов» в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 - 2012 годы» (руководитель: д.ф.-м.н., гл.н.с., проф. Штанский Д.В.). Объем 2009 г = 14 000 000 руб.

- Международный проект МНТЦ № 3589 «Многофункциональные биоактивные наноструктурные покрытия для имплантатов, работающих под нагрузкой», 2007-2009 (руководитель: д.ф.-м.н., гл.н.с., проф. Штанский Д.В.). Объем 2009 г = 50 092 доллара США.

- Международный проект EXCELL «Преодоление фрагментарности Европейских исследований в области многофункциональных тонких пленок», 2005-2010 (руководитель: д.ф.-м.н., г.н.с., проф. Штанский Д.В.). Объем 2009 г = 7 423 634 руб.

Партнерами по данным проектам являются: ФГУ «Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена Федерального агентства по высокотехнологичной медицинской помощи» (ФГУ «МНИОИ им. П.А. Герцена Росмедтехнологий»); ФГУ «Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии Федерального агентства по высокотехнологичной медицинской помощи» (ФГУ «ЦНИИС и ЧЛХ Росмедтехнологий»); Государственное учреждение Российский онкологический научный центр имени Н.Н. Блохина Российской академии медицинских наук (ГУ РОНЦ им. Блохина РАМН); ЗАО НПО «МЕТАЛЛ»; БелГУ; МФТИ; ООО «Конмет»; Институт физики прочности и материаловедения СО РАН; ГУП РТ «Всероссийский научно-исследовательский проектный институт медицинских инструментов; ИМЕТ РАН; ФГУП «ЦНИИКМ «Прометей»; ООО КНПО «Биотехника», Институт спектроскопии РАН, Университет в г. Окаяма (Япония), а также партнеры по международному проекту EXCELL.

2.1.4. Разработка многофункциональных наноструктурных покрытий с повышенной термостабильностью и жаростойкостью


Исследованы структурные особенности и оценены свойства наноструктурных покрытий Ti-Cr-Si-C-N, Ti-Al-C-N, Ti-Cr-Al-C-N, и др., полученных с помощью метода магнетронного напыления, в том числе при одновременной ионной имплантации. Определены термическая стабильность покрытий, их стойкость к высокотемпературному окислению и трибологические свойства при повышенных температурах. Были проведены испытания покрытий на операциях фрезерования и сверления. Покрытия Ti-Al-C-N показали высокие твёрдость, износостойкость и термическую стабильность структуры и свойств, однако имели относительно низкую стойкость к высокотемпературному окислению.

Проведены эксперименты по осаждению покрытий в системе (Ti,Cr)-(Al,Si)-(C,B,N) на различные типы подложек путём магнетронного распыления композиционных мишеней, в том числе при одновременной ионной имплантации, выполнена оптимизация процесса осаждения покрытий за счёт варьирования температуры подложки, напряжения смещения, общего и парциального давления азота, разработан проект лабораторного регламента на технологию нанесения покрытий, выполнен комплекс структурных исследований. Диагностика структурного состояния покрытий была выполнена с использованием передовых методов исследования, таких как инфракрасная спектроскопия, сканирующая электронная микроскопия высокого разрешения, рентгенофазовый анализ при съёмке по схеме скользящего наклонного пучка, оптическая эмиссионная спектроскопия тлеющего разряда и др. Использование комплексного подхода позволило выявить особенности структуры покрытий и установить закономерности влияния технологических параметров осаждения на структуру покрытий.

Данные работы выполнялась по следующим проектам:

- Международный проект МНТЦ № 3589 «Многофункциональные биоактивные наноструктурные покрытия для имплантатов, работающих под нагрузкой», 2007-2009 (руководитель: д.ф.-м.н., гл.н.с., проф. Штанский Д.В.). Объем 2009 г = 50 092 доллара США.

- Международный проект EXCELL «Преодоление фрагментарности Европейских исследований в области многофункциональных тонких пленок», 2005-2010 (руководитель: д.ф.-м.н., г.н.с., проф. Штанский Д.В.). Объем 2009 г = 7 423 634 руб.

Партнерами по данным проектам являются: Национальный политехнический институт Лотарингии (Франция), Институт спектроскопии РАН, а также зарубежные партнеры по международному проекту EXCELL.


2.1.5. Создание метрологического комплекса и нормативно-методической базы для обеспечения единства измерений механических и трибологических свойств наноматериалов и продукции наноиндустрии


Разработаны проекты нормативно-технической документации (НТД), регламентирующей проведение испытаний наноматериалов и наноструктурированных поверхностей, для измерения твердости, модуля упругости, упругого восстановления, адгезионной прочности, коэффициента трения и износа.

Разработаны и изготовлены экспериментальные образцы наноструктурированных поверхностей (многослойных пленок с толщиной отдельного слоя 1-50 нм; пленок, покрытий и поверхностей объемных наноматериалов с размером кристаллитов менее 100 нм) для проведения измерений твердости, модуля упругости, упругого восстановления, адгезионной прочности, коэффициента трения и износа.

Создана часть метрологического комплекса, обеспечивающего измерения твердости, модуля упругости, упругого восстановления, адгезионной прочности, коэффициента трения и износа. Проведена метрологическая аттестация МВИ и МК.

Разработан, изготовлен и аттестован государственный стандартный образец модуля упругости наноматериала (ГСО МУ НМ), обеспечивающий калибровку СИ и прослеживаемость измерений механических характеристик наноструктурированных поверхностей.

Разработаны проекты ГОСТ Р, регламентирующих проведение испытаний и методику измерений механических характеристик материалов, в том числе наноматериалов, методом вдавливания.

Разработана и утверждена Государственным центром испытаний средств измерений (ГЦИ СИ) рекомендация (МИ), которая устанавливает общие требования к измерениям механических свойств материалов на масштабах менее 1 мкм методом измерительного динамического индентирования, а именно к измерениям твердости, модуля упругости, упругого восстановления, сопротивления пластической деформации, сопротивления упругой деформации разрушения и вязкости разрушения.


Данные работы выполнялась по следующим проектам:

- Тема № 1164018, государственный контракт № 154-6/334 от 24.10.2008 г. с Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии по теме: «Создание метрологического комплекса и нормативно-методической базы для обеспечения единства измерений механических и трибологических свойств наноматериалов и продукции наноиндустрии», проект «2008-3-3.1-053» в рамках ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2010 годы» (руководитель: проф., д.т.н. Левашов Е.А.). Объем 2009 г = 10 000 000 руб.

- Тема № 6252003 Международный проект NANOINDENT “Создание, распространение и стандартизация новых методов наномеханических исследований” в рамках 7-й Рамочной программы Евросоюза (руководитель: д.ф.-м.н., г.н.с., проф. Штанский Д.В.). Объем 2009 г = 229 952 руб.

Партнерами по данным проектам являются: ФГУП “ВНИИФТРИ”, ФГУ ТИСНУМ, ЗАО НПО «Металл», ОАО “НИЦПВ”, ФГУП УНИИМ, ААЦ “Аналитика”, др.


^ 2.2 Основные научно-технические показатели

Основные публикации

1. Kiryukhantsev-Korneev Ph. V., Pierson J.F., Petrzhik M.I., Alnot M., Levashov E.A., Shtansky D.V. Effect of nitrogen partial pressure on the structure, physical and mechanical properties of CrB2 and Cr–B–N films. Thin Solid Films, 2009, Vol. 517, p.p. 2675–2680

2. Замулаева Е.И., Левашов Е.А., Еремеева Ж.В., Кудряшов А.Е. Углеpодсодеpжащие и наностpуктуpные WC-Co электроды для электpоискpового модифицирования поверхности титановых сплавов. Технология металлов, 2009, № 11, с. 24-31

3. Левашов Е.А., Штанский Д.В., Кирюханцев-Корнеев Ф.В., Петржик М.И. Современное состояние в области получения и исследования функциональных наноструктурных покрытий. Проблемы черной металлургии и материаловедения, 2009, №1, с. 1-24

4. Levashov E.A., Zamulaeva E.I., Pogozhev Yu.S., Kurbatkina V.V. Nanoparticles Dispersion Strengthened WC-C Based Coatings on Ti-alloy Produced by Sequential Chemical Reaction Assisted Pulsed Electrospark Deposition. ^ Plasma Processes and Polymers, 2009, volume 6, p. 102-106

5. Левашов Е.А., Кудряшов А.Е., Замулаева Е.И., Погожев Ю.С., Санин В.Н., Андреев Д.Е., Юхвид В.И. Особенности формирования, структура, состав и свойства электроискровых покрытий на никелем сплаве ЖС16У при использовании сплава ХТН-61 СВС Ц. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия, 2009, № 2, с. 33-38

6. Levashov E.A., Pogozhev Yu.S., Shtansky D.V., Petrzhik M.I. Self-Propagating High-Temperature Synthesis of Ceramic Materials Based on the Mn+1AXn Phases in the Ti-Cr-Al-C System. Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 2009, Vol. 50, No. 2, p. 151-160

7. Kudryashov A.E., Levashov E.A., Vetrov N.V., Shalkevich A.B., Ivanov E.V., Solntseva I.S. A New Class of Electric-Spark Coatings for Articles Made of Titanium Alloys for Use in Extreme Conditions. ^ Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 2009, Vol. 50, No. 2, p. 170-182

8. Shtansky D.V., Kiryukhantsev-Korneev F.V., Sheveyko A.N., Mavrin B.N., Levashov E.A., Rojas C., Fernandez A. Comparative Investigation of TiAlC(N), TiCrAlC(N) and CrAlC(N) Coatings Deposited by Sputtering of MAX- phase Ti2-xCrxAlC Targets. Surface and Coating Technology, 2009, Vol. 203, p.p. 3595-3609

9. Levashov E.A., Merzhanov A.G., Shtansky D.V. Advanced Technologies, Materials and Coatings Developed in Scientific-Educational Center of SHS. Galvanotechnik, 2009, No.9, p. 2102-2114

10. Shtansky D.V., Kiryukhantsev-Korneev F.V., Bashkova I.A., Sheveyko A.N., Levashov E.A. Multicomponent Nanostructured Films for Various Tribological Applications. Int. Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2010, issue 28, p.p. 32-39

11. Стрелец А.В., Коломиец И.А., Левашов Е.А., Кудряшов А.Е., Еремеева Ж.В. Влияние вторичной электроискровой обработки углеродсодержащими материалами на свойства титановых сплавов. Металлург, 2009, №9, с. 77-79.

12. Левашов Е.А., Панов В.С., Кудряшов А.Е., Погожев Ю.С. Высокоэффективные твердосплавные материалы и покрытия инструментального назначения. Інструментальний світ, 2009, № 2 (42), с. 10-13.

13. Левашов Е.А., Штанский Д.В., Кирюханцев-Корнеев Ф.В., Петржик М.И., Тюрина М.Я., Шевейко А.Н. Многофункциональные наноструктурные покрытия: получение, структура и обеспечение единства измерений механических и трибологических свойств. Деформация и разрушение, 2009, № 11, с.19-35

14. Levashov E.A., Kudryashov A.E., Zamulaeva E.I., Pogozhev Yu.S., Sanin V.N., Andreev D.E., Yukhvid V.I. Features of Formation and the Structure, Composition, and Properties of Electrospark Coatings on the ZhS6U Nickel Alloy with the Use of the KhTN-61 SHS-Ts Alloy. Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 2009, Vol. 50, No. 5, p. 534-539

15. Manuel David Abad, Daniel Cáceres, Yury Sergeevich Pogozhev, Dmitry Vladimirovich Shtansky, Juan Carlos Sánchez-López. Bonding structure and mechanical properties of Ti-B-C coatings, Plasma Process and Polymers, 6 (2009) S107-S112.

16. A. Pauschitz, E. Badisch, Manish. Roy and D. Shtansky. On the Scratch Behavior of Self-Lubricating WSe2 Films, Wear 267 (2009) 1909-1914.

17. Enrico Tam, Mikhail Petrzhik, Dmitry Shtansky, Marie-Paule Delplancke-Ogletree. Combination of Instrumented Nanoindentation and Scanning Probe Microscopy for Adequate Mechanical Surface Testing, Journal Materials Science and Technologies, 25 (2009) 63-68.

18. Кулаков А.А., Григорьян А.С., Филонов М.Р., Штанский Д.В., Топоркова А.К., Экспериментально- морфологическое исследование интеграции гибридного имплантационного материала в костную ткань, Стоматология, 2009, № 2, с. 8-12.

19. Кочетов Н.А., Рогачев А.С., Погожев Ю.С. Влияние способа механического активирования реакционной смеси на скорость распространения волны СВС- реакций и микроструктуру твердого сплава TiC-Ni. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия, 2009, № 3, с. 31-35

20. Левашов Е.А., Штанский Д.В., Петржик М.И. Перспективные функциональные наноструктурные покрытия. Методы формирования и свойства. Курс лекций. 1-ая Школа «Метрология и стандартизация в нанотехнологиях и наноиндустрии. Наноматериалы», 27-31.10.2008, М., РОСНАНО, с. 211-233

21. Левашов Е.А., Штанский Д.В., Кирюханцев-Корнеев Ф.В., др. Перспективные функциональные наноструктурные пленки и покрытия. Получение и аттестация их механических и трибологических свойств. Функциональные наноматериалы для космической техники: Курс лекций по материалам 1-й Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи/ Под редакцией академика Коротеева А.С., М., ФГУП «Центр Келдыша», 2009, 381 с.

22. Evgenii Levashov, Victoria Kurbatkina and Zaytsev Alexandr. Improved Mechanical and Tribological Properties of Metal-Matrix Composites Dispersion-Strengthened by Nanoparticles. Materials, 2009, No. 3, p. 97-109, www.mdpi.com/journal/materials/

23. Курбаткина В.В., Левашов Е.А., Пацера Е.И., Кочетов Н.А, Рогачев А.С.Исследование макрокинетических характеристик процессов горения предварительно механически активированных реакционных смесей Cr-B и Cr-Ti-B. Химия в интересах устойчивого развития, 2009, №6, с. 21-34

24. Zaitsev A.A., Kurbatkina V.V., Levashov E.A. Effect of Nanosized Additives on Sintering Process and Properties of Cobalt and Iron Based Alloys. Proceedings of the 3rd Vienna International Conference Nano-Technology /Edited by Prof. Dr.-Ing. Wilfried J. Bratz, Prof. Dipl-Ing Dr. Fridrich Franek, March 18-20, 2009, Vienna, Austria, p. 465

25. Kurbatkina V.V., Levashov E.A., Patsera E.I., Rupasov S.I., Zaitsev A.A., Zubavichus Ya., Viligzhanin A. Promising Dispersion Hardening Ceramic Materials Produced by SHS. Proceedings of the 3rd Vienna International Conference Nano-Technology /Edited by Prof. Dr.-Ing. Wilfried J. Bratz, Prof. Dipl-Ing Dr. Fridrich Franek, March 18-20, 2009, Vienna, Austria, p. 467-471

26. Левашов Е.А., Кудряшов А.Е., Погожев Ю.С., Еремеева Ж.В., Замулаева Е.И. Влияние вторичной обработки углеродсодержащими электродами на структуру и свойства электроискровых покрытий. Материалы 11-ой Международной научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня», ч. 2, г. Санкт-Петербург, 14-17 апреля 2009, Изд-во Политехнического университета, с. 176-183

27. Kurbatkina V.V., Levashov E.A., Rogachev A.S. Application of Mechanical Activation in SHS. ^ Book of Abstracts of the 3rd Int. Conference “Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies” (FBMT-2009), Novosibirsk, May 27-30, 2009, p. 40

28. Patsera E.I., Levashov E.A., Kurbatkina V.V., Rogachev A.S., Kochetov N.A. Effect of Mechanical Activation on Combustion and Structure Formation in Cr-B System. ^ Book of Abstracts of the 3rd Int. Conference “Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies” (FBMT-2009), Novosibirsk, May 27-30, 2009, p. 110

29. Rupasov S.I., Kurbatkina V.V., Levashov E.A. Effect of Mechanical Activation on Synthesis of MAX- Phases CrxTi(2-x)AlC. ^ Book of Abstracts of the 3rd Int. Conference “Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies” (FBMT-2009), Novosibirsk, May 27-30, 2009, p. 124

30. Петржик М.И., Тюрина М.Я., Козлова Н.С., Левашов Е.А. Аттестация функциональных свойств наноструктурированных покрытий. ^ Сборник тезисов докладов 2-ой Всероссийской конференции «Многомасштабное моделирование процессов и структур в нанотехнологиях», 2009, М., МИФИ, с. 317-319

31. Тюрина М.Я., Петржик М.И., Левашов Е.А. Влияние типа подложки на механические и трибологические свойства наноструктурированных покрытий. Сборник тезисов докладов 2-ой Всероссийской конференции «Многомасштабное моделирование процессов и структур в нанотехнологиях», 2009, М., МИФИ, с. 421-422

32. Kudryashov A.E., Levashov E.A., Sanin V.N., Yukhvid V.I. SHS