Российские ученые совершили прорыв в улучшении изделий из металла

САРАТОВ, 29 мая – РИА Новости. Научный коллектив Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю. А. разработал технологию и оборудование для формирования композитных структур на поверхности металлических изделий, которые обеспечат им прочность, твердость и новые качественные возможности при эксплуатации. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале "Journal of Physics D: Applied Physics".

Один из перспективных способов сделать современные изделия более стойкими к износу состоит в применении плазменных технологий для упрочнения их поверхностного слоя. Это так называемое напыление. Но у этого способа есть свои недостатки. Направленное изменение структуры этого слоя распространенными методами нанесения защитных пленок и упрочняющих покрытий обычно происходит с невысокой скоростью. Кроме того, широкому распространению этих методов мешают коробление готового изделия при его многочасовой обработке и невозможность обрабатывать высокоточные изделия малого размера.

Представленный в статье ученых СГТУ метод воздействия этими недостатками не обладает. Авторы создали установку и уникальную технологию, которые позволяют формировать в поверхностном слое химически устойчивые покрытия.

Формируемая в установке низкотемпературная плазма представляет собой сверхвысокочастотный газовый разряд, который генерируется непосредственно вокруг поверхности изделия при наложении сверхвысокочастотного электромагнитного и электростатического полей. Свойства разряда существенно зависят от величины и знака постоянного электрического потенциала, подаваемого на изделие.

"Для геометрически сложных изделий, например, режущих и хирургических инструментов, шестерней, пружин, подшипников, особенно работающих в экстремальных условиях, альтернативы нашему методу отсутствуют, – поясняет Борис Бржозовский, профессор кафедры "Технология машиностроения" СГТУ им. Гагарина Ю. А. – При реализации цифровых технологий на станках с числовым программным управлением повышаются надежность, точность и другие показатели их эффективности более чем в 2 раза".  

По словам ученых, наноструктура формируется всего за 10-15 минут на уровнях подводимой мощности менее 100 Вт и при давлении в рабочей камере установки 2 миллиметра ртутного столба. Для сравнения, при реализации альтернативных методов в рабочей камере необходимо создать сверхвысокий вакуум, цикл обработки является более длительным и требует значительного энергопотребления. 

В результате воздействия новым методом износостойкость изделий повышается в 2-6 раз. Так, хирургические иглы, которые затуплялись после 20 проколов, в результате обработки выдерживали 40 проколов. Обработка различного металлорежущего инструмента, работающего практически в экстремальных условиях, то есть при высоких нагрузках и температурах, обеспечивала рост его производительности в 6 раз за счет повышения износостойкости в 2,5-3 раза. Специальный инструмент для ультразвуковой размерной обработки стоимостью 45 000 рублей обеспечивал изготовление двух изделий. После обработки число изготавливаемых изделий выросло до семи. 

Помимо повышения износостойкости воздействие плазмы обеспечивает повышение коррозионной стойкости изделий из различных материалов, работающих в условиях действия различных агрессивных сред. В частности, обработка материалов, используемых для изготовления изделий медицинского назначения, обеспечивает повышение их коррозионной стойкости в 9-12 раз.

Коллектив СГТУ продолжает заниматься созданием научно-технологического задела по синтезу наноструктур и нанопокрытий. По мнению ученых, это позволит решить большое количество прикладных задач в различных отраслях жизнедеятельности: авиация и космонавтика, машино- и приборостроение, медицина и охрана окружающей среды. А полученные знания о процессах синтеза и функционирования наноструктурированных поверхностных слоев помогут сократить период вывода продукции на рынок нанотехнологий.