Project


Plasma Treatment
#0032


General Information  

Full Title
Development of scientific basis and industrial technologies for treating structural materials by ion and plasma beams combination with protective coating.

Tech Area / Field
  • MAT-ALL: Materials / High Performance Metals and Alloys

Status
1 2 3 4 5 6 7 8
 Project completed

Senior Project Manager
Komarkov D A

Leading Institute
Kurchatov Research Center

Supporting institutes

Collaborators
  • Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt
  • CNRS
  • Forschungszentrum Rossendorf

Project Summary  

Project purpose

1. Realization of a research program that will allow one to develop scientific basis for treatment of structural materials by implantation and by implantation-plasma, providing a steep improvement in (operating characteristics of the aviation engine details under conditions of sign-alternating loadings, under high temperature and aggressive media effects. Research program includes the study of:

- physical, phase structural, strength and longevity properties in structural materials (titanium alloys, high tempetature steelsand toys, monocrystals) and the items made of them and modified by ion implantation and by plasma treatment in a wide range of ion energies, current densities and irradiation temperatures;
- peculiarities of deep (some order of magnitude deeper than ion range) modification by ion implantation and particular by low energy high current density plasma treatment; clarification of the mechanisms of long range effect;
- an effect of the processes concomitant of ion implantation sputtering radiation stimulated diffusion, radiation induced segregation, radiation induced blistering and flaking on surface properties of materials and on the strengthened layer thicknesses;
- influence of synergistic effects under treatment of material surfaces with accelerated particles of various types upon mechanical, tribological and corrosion properties, as well as on the thicknesses of strengthened layers;
- an effect of successive aging and temperature effects en surface properties in implantation-plasma treatment-modified materials.
2. Development of implantation and implantation-plasma treatment technologies for strengthening the details of gas pumping stations, agricultural machines, gas-turbine engines for Civil Aviation and tools too; realization of full-scale, long-term tests of the details included into the structure of items.

3. Monetization and innovations in the equipment and technological means to realize the integrated implantation plasma technology treatment of structural materials and the items made of them with the charged particle beams; arrangement of industrial bays and integration of this technology into production of compressor blades and turbines for gas turbine engines, details of gas pumping stations, agricultural machines at the Ufa Engineering Corporation; liquidation of a number of ecologically-detrimental production.

Project is in agreement with the ISTC goals, since:

- the transition from the military aircraft engine production to production of engines for gas-pumping stations and Civil Aviation, details of agricultural machines and tools will be realized;

- RQD for applied purposes arid the development of new technologies, many times increasing the reliability and the service life of details of machines, will allow the scientific, design bureau and plant staff immunity to be oriented to the solution of new, unique, scientific-technological problems within the framework of military production conversion;

- it assists in integration of CIS scientists, previously engaged in the armament production, and in transition to the development of technologies for peaceful purposes;

- it possesses of a high commercial potential due to the spread of those RQD after their completion to the aviation plants, similar TOQUE, stimulating the transition from the military aircraft engine production to the production of complicated profile pieces, operating at high temperatures (for a long time), high loadings in the aggressive media applied in gas and oil pumping stations, steam turbines, energy converting machinery, transportation means etc.;

- it assists in preventing a detrimental effect on the environment by liquidation of a number of ecologically hazardous production lines.

Цель проекта:

1. Проведение комплекса исследований с целью разработки научных основ имплантационной и имплантационно-плазменной обработки конструкционных материалов, обеспечивающей резкое повышение эксплуатационных характеристик деталей машин, работающих в условиях знакопеременных нагрузок, воздействия высоких температур и агрессивных сред.

- Исследование Физических, структурно-фазовых, прочностных и эксплуатационных свойств конструкционных материалов (титановые сплавы, жаропрочные стали и сплавы, монокристаллы) и изделий из них, модифицированных методами ионной имплантации и плазменной обработки в широком диапазоне энергий ионов плотностей тока и температур облучения.

- Исследование влияния сопутствующих ионной имплантации процессов (распыления, радиационно-стимулированной диффузии, радиационно-индуцированной сегрегации, радиационного блистеринга и флекинга) на поверхностные свойства материалов и толщины упрочняемых слоев.

- Исследование влияния синергетитеских эффектов при обработке поверхности материалов ускоренными частицами различного вида на их механические, трибологические и коррозионные свойства, а также толщины упрочняемых слоев.

- Исследование влияния последующего старения и температурного воздействия на поверхностныe свойства модифицированных имплантационно-плазменной обработкой материалов.

2. Разработка промышленной имплантационно-плазменной технологии упрочнения деталей машин для газоперекачивающих станций, сельского хозяйства, гражданской авиации, а также инструмента. Проведение натурных длительных испытаний деталей в составе изделий.

3. Модернизация и создание оборудования и средств технологического оснащения для реализации интегрированной имплантационно-плазменной технологии обработки конструкционных мaтериалов и изделий из них пучками заряженных частиц; создание производственных участков и внедрение этой технологии в производство лопаток газотурбинных двигателей газоперекачивающих станций гражданской авиации, деталей сельскохозяйственных машин, а также инструмента на Уфимском моторостроительном производственном объединении. Ликвидация ряда экологически вредных производств.

Проект согласуется с целями МНТЦ, поскольку

- будет осуществлен переход от производства двигателей самолетов военного назначения к двигателям для газоперекачивающих станций, гражданской авиации, деталей сельснохозяйственных машин, а также инструмента;

- развитие прикладных исследований и разработка новых технологий, многократно повышающих надежность и ресурс деталей машин, позволит ориентировать научные кадры, конструкторские бюро, производство на решение новых уникальных научно-технических проблем в мирных целях в рамках конверсии военного производства;

- содействует интеграции ученых СНГ, работающих в области вооружений, к переходу на развитие технологий в мирных целях;

- обладает большим коммерческим потенциалом, благодаря возможности распространения после завершения, как на аналогичные УМПО авиационные заводы, стимулируя переход от авиации военного назначения к производству других сложнопрофильных изделий, работающих длительное время в условиях высоких температур постоянных и циклических нагрузок и агрессивных сред, применяемых в газо- и нефтеперекачивающих станциях и др., паровых турбинах, энергетических и транспортных машинах;

- способствует предотвращению вредного воздействия на окружающую среду, благодаря ликвидации экологически вредны производств.