Ученые Томского политехнического университета и Института сильноточной электроники СО РАН разработали метод нанесения на металлы износостойких покрытий с их последующим вплавлением в подложку. Такие модифицированные материалы, благодаря сочетанию легкости, коррозийной стойкости и прочности, могут использоваться в машиностроении, авиа- и космостроении.
В качестве основы для новых материалов выступают алюминий и силумин — сплав алюминия с кремнием.
«Эти металлы обладают малым весом, хорошей коррозионной стойкостью. Для использования в авиа- и космостроении необходимо только модифицировать их прочностные и трибологические свойства: увеличить твердость и износостойкость»,
— поясняет магистрант кафедры наноматериалов и нанотехнологий ТПУ Мария Рыгина.
В качестве покрытия политехники используют титан, нитрид титана и силумин, содержащий 25% кремния. Особенность разработанной методики заключается в том, что покрытие не просто напыляется на подложку, а вплавляется в нее при помощи интенсивного импульсного электронного пучка. Экспериментальные исследования показали, что в результате практически в шесть раз возрастает твердость металла и в три раза — износостойкость.
Фото: образцы металлов, модифицированных по технологии ученых ТПУ и ИСЭ СО РАН
«Мировые эксперты в области материаловедения отмечают, что сейчас главная проблема — это адгезия (то есть сцепление) покрытия и подложки. Если покрытие просто напыляется, то оно и легко снимается. Зарубежные научные коллективы ищут решение этой проблемы в формировании многослойных покрытий. Однако процесс послойного напыления происходит длительное время.
Мы предлагаем вплавлять покрытие в подложку: на это уходят микросекунды, а адгезия существенно повышается»,
— говорит научный руководитель проекта, профессор кафедры наноматериалов и нанотехнологий ТПУ Юрий Иванов.
Формировать покрытия таким методом позволяют специальные электронно-ионно-плазменные установки, созданные учеными ИСЭ СО РАН и ТПУ. Как отмечают разработчики, такие установки уникальны, их томские ученые поставляют в Японию, Китай, Канаду.
По словам Марии Рыгиной, из модифицированных металлов могут быть изготовлены детали внутренних механизмов космических аппаратов: именно они подвергаются наибольшему износу. А уже сейчас этот метод используется в производстве деревообрабатывающих инструментов и деталей для машиностроения.
Источник: Официальный сайт ТПУ