Результаты выполнения работ по проекту ФНТП в 2024 году
В результате выполнения работ по проекту в 2024 году получены следующие важнейшие результаты:
1. В рамках работ по направлению синхротронных и нейтронных исследований (разработок), необходимых для решения принципиально новых фундаментальных и крупных прикладных задач, были выполнены в полном объеме 23 мероприятия и решены все поставленные задачи, в том числе:
- с использованием разработанного и созданного в рамках проекта уникального электронно-ионно-плазменного стенда (ВЭИПС) с использованием in situ синхротронных методов исследований получены приоритетные результаты в области закономерностей синтеза жаростойких, защитных, упрочняющих структур на поверхности конструкционных и функциональных материалов;
- разработана и внедрена технология изготовления и контроля качества изделий;
- по направлениям исследований проекта отправлены в печать и опубликованы более 20 статей, индексируемых в системе Web of Science.
В ходе выполнения трех этапов проекта с использованием синхротронного излучения источника СИ ВЭПП-3 проведено 13 исследований закономерностей влияния условий формирования и энергетического воздействия на фазовый состав и нано- и микроструктуру синтезируемых многослойных (многофазных) и многоэлементных структур, включая нитридные, оксидные, боридные, кальциевые покрытия, а также эквиатомные системы в виде пленок высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) на конструкционных и функциональных материалах, поверхностные микросплавы на Zr на основе соединений Ti, Mo и Y и сплав TiNi. Ключевые исследования проводились с использованием созданного в рамках проекта вакуумного-электронно-ионно-плазменного стенда (ВЭИПС), установленного на канале №6 источника СИ ВЭПП-3. В процессе исследований использовались также традиционные in situ методики исследований покрытий, синтезированных исполнителями настоящего проекта на модернизированных электронно-ионно-плазменных установках, на жаростойкость и термостабильность с использованием синхротронного излучения. Методом рентгенофазового анализа (РФА) с высоким инструментальным разрешением с использованием синхротронного излучения определены структурно-фазовые характеристики, а также жаростойкость и термостойкость методом РФА в режиме реального времени в процессе высокотемпературного (до 1500 ºС) нагрева структур, синтезированных в рамках выполнения мероприятий на всех трех этапах проекта.
Необходимо отметить, что in situ исследования с использованием синхротронного излучения на источнике СИ ВЭПП-3 позволили определить перспективные режимы напыления покрытий, которые рассматриваются промышленными предприятиями в качестве необходимых для повышения качества и номенклатуры выпускаемых изделий и инструмента и планируются к внедрению. Причем связь синтезируемых структур с режимами их получения и достигаемыми функциональными свойствами, которая выявляется в ходе in situ процессов, позволяет во много раз сократить время разработки оптимальных процессов и формирования слоев и покрытий с заранее прогнозируемыми функциональными свойствами, что и является одной из важнейших целей данных исследований и разработок.
2. В рамках выполнения работ по направлению создания сетевой синхротронной и нейтронной научно-исследовательской инфраструктуры на территории Российской Федерации были выполнены в полном объеме 16 мероприятий. К основным результатам можно отнести следующее:
- проведено оснащение стендов ВЭИПС дополнительным оборудованием, включая системы электропитания, узлы системы позиционирования, вакуумное оборудование, которые позволили расширить диапазоны условий электронно-ионно-плазменного воздействия на поверхность материалов, увеличить точность позиционирования образца для улучшения пространственного разрешения во время синхротронных исследований и увеличить количество методов энергетического воздействия на материалы;
- разработаны, изготовлены и запущены на станциях источника СИ ВЭПП-3 вакуумный экспериментальный стенд криогенных температур и термоциклирования (ВЭСКТТ), предназначенный для проведения исследований поверхности образцов методом рентгенофазового анализа (РФА) фазового состава покрытий, синтезируемых методами пучково-плазменной инженерии поверхности, и водородный экспериментальный стенд анализа фазового состояния и структуры (ВЭСАФСС) для проведения анализа in situ изменений фазового состава и структуры металлогидридных материалов при термическом и водородном воздействии;
- разработан, изготовлен и модернизирован ряд основных узлов ВЭИПС-1, а также отдельные модули программы управления, позволяющее реализовывать различные методы пучково-плазменной инженерии поверхности: плазменно-ассистированное вакуумно-дуговое напыление, магнетронное, в том числе и дуальное, напыление, импульсную электронно-пучковую обработку, нанесение покрытий методом реакционного анодного испарения в дуге низкого давления, лазерное облучение;
- проведено патентное исследование, которое выявило, что полученный РИД способен к правовой охране. На основе этого была подана заявка на патент на изобретение «Способ реализации устройства для определения с использованием синхротронного излучения влияния быстрых температурных переходов на фазовое состояние поверхности материала»;
- проведено развитие инфраструктуры центра компетенций НИЦ ТЦК, включающее введение в эксплуатацию нового оборудования для организации исследований многослойных структур на стенде ВЭИПС-2 (плоскопанельный цифровой детектор рентгеновского излучения), выполнение интеграции метода Ритвельда в экспериментальную систему автоматизированного программного обеспечения СПААР РФА+ для расширения возможностей анализа рентгенограмм синхротронного излучения на стендах типа ВЭИПС;
- проведены занятия, лекции и семинар со школьниками по направлениям, связанным с новыми уникальными материалами и исследованиями с использованием синхротронного излучения в школах г. Екатеринбурга и г. Томска;
- разработаны и изготовлены узлы стенда для мониторинга in situ с использованием синхротронного излучения эксплуатационных характеристик жаростойких покрытий;
- разработаны методики синхротронных исследований свойств материалов в условиях повышенных температур и термоциклирования и в условиях криогенных температур и термоциклирования;
- разработана и апробирована экспериментальная методика анализа особенностей изменения структуры и фазового состава металлогидридных материалов при термическом и водородном воздействии в широком диапазоне температур и давлений;
- разработана методика синхротронных исследований структурно-фазового состояния и внутренних напряжений в гетерофазных материалах;
Следует отметить, что разрабатываемые методики, программные и аппаратные комплексы должны стать основой для разработки проекта экспериментальной пользовательской станции «Поверхность» Центра коллективного пользования "Сибирский кольцевой источник фотонов" Федерального государственного бюджетного учреждения науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ЦКП "СКИФ"), а также научно-технической и методической основой для коллективов, планирующих в будущем работу на этой станции.
3. В рамках выполнения работ по направлению подготовки специалистов в области разработки, проектирования и строительства источников синхротронного и нейтронного излучения, а также научных кадров для проведения синхротронных и нейтронных исследований (разработок), были выполнены в полном объеме 10 мероприятий. Среди важнейших результатов следующие:
- проведена школа в области синхротронных и нейтронных исследований (разработок) для студентов и молодых ученых;
- проведена секция «Synchrotron and neutron research in materials science» на 17-й конференции International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows (16-21 сентября 2024 г.) в рамках 9-го конгресса International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE-2022); Председатель секции – д.ф.-м.н., Зубавичус Я.В.;
- реализовано обучение 67 студентов, молодых ученых и специалистов;
- модернизирована инфраструктура на станциях источников СИ ВЭПП-3 и ВЭПП-4М и в высших учебных заведениях – соисполнителях проекта для проведения занятий в рамках реализации разработанных образовательных программ.
Необходимо также отметить, что полученные научно-технические результаты, созданная инфраструктура и образовательные коллективы являются базой и обладают огромным потенциалом, который будет способствовать активному развитию синхротронных и нейтронных исследований в России.
Полученный потенциал предлагается использовать в последующие годы для решения целого ряда актуальных фундаментальных и крупных прикладных задач, развития и совершенствования созданной инфраструктуры для реализации синхротронных и нейтронных исследований и подготовки кадров для строительства и использования источников синхротронного излучения и нейтронов.
Работы по всем мероприятиям четвертого этапа проекта выполнены в полном объеме и в соответствии с требованиями плана-графика работ. Все значения результатов предоставления гранта достигнуты в полном объеме.
