Плазмодинамические системы нового поколения и физические процессы высокоэнергетического воздействия гетерогенных плазменных потоков на материалы, структурно-фазовая эволюция и радиационно-плазменная активация модифицированных объектов, синтез низкоразмерных структур и покрытий : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель В. В. Углов

Abstract

Объектами исследования являлись: силумин эвтектического состава; технически чистый алюминий марки А95; стали Ст3, У9 и Р18; технически чистый титан марки ВТ1-0; твердый сплав Т15К6; монокристаллический кремний. Целью данной работы являлось изучение совокупности физических явлений, сопровождающих взаимодействие высокоэнергетических гетерогенных плазменных потоков, генерируемых плазмодинамическими системами нового поколения, с материалами для разработки научных основ новых, реализующих принципы поверхностной плазменной металлургии, конкурентоспособных плазменных технологий, в том числе для синтеза материалов с высокими эксплуатационными характеристиками, существенного улучшения физико-механических свойств поверхности дорогостоящих металлов и сплавов, широко используемых в промышленности. В результате работы установлены основные закономерности изменения элементного и фазового состава, структуры, а также трибологических свойств поверхностного слоя, широко используемых в промышленности материалов при воздействии компрессионных плазменных потоков, включающем непосредственное воздействие; легирование поверхностного слоя материалов элементами предварительно нанесенного покрытия и последующего плазменного воздействия; комбинированное плазменное и термическое воздействие. В результате исследования установлено, что компрессионные плазменные потоки могут эффективно использоваться для формирования в конструкционных и инструментальных материалах поверхностных упрочненных слоев с дисперсной, однородной структурой, обеспечивающей повышение эксплуатационных характеристик поверхности. Еще одним направлением применения компрессионных плазменных потоков является синтез поверхностных композитных слоев, содержащих упрочняющие частицы с контролируемым размером и концентрацией, сформированные при плазменном воздействии на систему «покрытие/подложка». Показано, что компрессионные плазменные потоки также могут быть эффективно использованы для очистки поверхности материала от различного рода поверхностных включений, загрязнений, в том числе, для очистки поверхности железа и сталей от оксидных слоев. Установленные в работе закономерности позволили разработать способ упрочнения изделий из титановых сплавов. Наноструктурированные слои, содержащие дисилцид хрома, сформированные поверхностном слое кремния могут быть использованы для создания эффективных термоэлектрических преобразователей с высокой чуствительностью. Проведенные исследования позволили установить основной механизм массопереноса легирующего элемента в системе «покрытие/металл» при воздействии компрессионных плазменных потоков в исследованном диапазоне режимов. Построена численная математическая модель, включающая в себя уравнения движения жидкости Навье-Стокса, а также уравнения теплопереноса и массопереноса, учитывающие конвективные потоки тепла и вещества. Таким образом, компрессионные плазменные потоки являются эффективным методом контролируемого изменения структурно-фазового состояния поверхностного слоя материала и, соответственно, его свойств. Полученные в данной работе закономерности могут быть использованы для разработки способов эффективной модификации физико-механических свойств материалов, а также новых конкурентоспособных плазменных технологий, обеспечивающих существенное улучшение эксплуатационных характеристик различных деталей и узлов, придание им новых свойств.