За счет новой технологии обработки сплавов срок эксплуатации легких алюминиевых двигателей увеличится и станет таким же, как у наиболее распространенных чугунных. Это приведет к улучшению динамики и экономичности массовых моделей автомобилей.

В настоящее время ученые создали промышленную установку, которая с помощью воздействия пучков электронов способна создавать на деталях защитный слой с рекордной толщиной в 30 микрон. Ее использование в автомобильной промышленности может начаться уже в ближайшее время, после переговоров с компаниями-производителями.

Электронный обстрел

Использование алюминиевых сплавов в автомобильных двигателях — одно из передовых решений, позволяющих облегчить легковую машину на 50–100 кг, сделав ее более приемистой и экономичной. К тому же «крылатый металл» почти не подвержен коррозии, благодаря чему силовой агрегат получает защиту от ржавчины. Однако широкому распространению двигателей из легких сплавов мешает их малая долговечность, поскольку они менее устойчивы к механическому износу по сравнению с чугунными аналогами.

Решить эту проблему автоконцерны пытаются с помощью дополнительных износостойких покрытий, которые наносят на поверхности деталей. В результате такой обработки на относительно мягком алюминиевом сплаве создается более твердый металлический либо металлокерамический защитный слой, толщина которого не превышает нескольких микрон. Однако данная технология всё же не позволяет довести долговечность алюминиевых двигателей до необходимого уровня, и сейчас они приблизительно в два раза уступают чугунным агрегатам по ресурсу.

Российские ученые предложили способ дальнейшего совершенствования моторов из легкого металла, разработав новый подход к обработке их деталей.

— В нашей установке «Комплекс» мы применили ионно-плазменный и электронно-пучковый способы воздействия, которые позволяют создавать в металле износостойкие слои глубиной до 30 микрон, — рассказал заведующий лабораторией пучково-плазменной инженерии поверхности Института сильноточной электроники (ИСЭ) СО РАН Владимир Денисов.

Суть метода заключается в импульсном воздействии интенсивного пучка электронов на поверхность детали с предварительно напыленным покрытием.

— В результате оно перемешивается с основным металлом, создавая на поверхности сплав с улучшенными характеристиками, — подчеркнул руководитель проекта РНФ, главный научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники ИСЭ СО РАН Николай Коваль. — Таким образом достигается постепенное изменение элементного состава образца и его свойств. В частности, мы можем добиться постепенного повышения твердости по мере продвижения к поверхности материала, что значительно увеличивает надежность детали.

Слоеный корпус

По словам ученых, с помощью установки также можно добавить в металл сразу несколько модифицирующих материалов, что позволяет одновременно воздействовать на разные характеристики детали — например, провести ее упрочение вместе с увеличением стойкости к воздействию высоких температур. При этом все этапы обработки проходят в вакуумных камерах, что исключает доступ кислорода, который может испортить заготовку.

— Электронно-пучковый способ воздействия на алюминиевые сплавы известен с 1960-х годов, однако сейчас ученые из Томска сделали важный шаг в его развитии, создав работающую промышленную установку, — отметил приглашенный эксперт НИТУ «МИСиС» Евгений Александров.

Также специалисты считают, что технология может эффективно применяться в аэрокосмической отрасли.

— В своей работе ученые добились создания очень толстого 30-микронного упрочняющего слоя, который должен обладать не только высокой износостойкостью, но и хорошей связанностью с основным материалом детали, — подчеркнул заведующий лабораторией физической химии металлургических расплавов Института металлургии Уральского отделения РАН Алексей Шубин. — Это качество вкупе с универсальностью установки может позволить проводить точечное упрочнение корпусных деталей самолетов и космических кораблей в тех местах, которые подвержены наибольшим эксплуатационным нагрузкам.

В настоящее время разработчики установки доказали возможность улучшения свойств поверхности для ряда сортов стали, титана и алюминиевых сплавов, в том числе силуминовых, которые используются в автомобилестроении. В частности, износостойкость последних у них получилось увеличить в 5–10 раз.

По словам специалистов, новая ионно-плазменная технология уже была внедрена на одном из российских предприятий по изготовлению штамповых инструментов. Ее использование в процессе производства двигателей станет возможным после проведения переговоров с автомобильными компаниями.

Александр Буланов

Похожие новости

  • 26/11/2019

    Ученые в Томске разрабатывают устройства для преобразования оптических сигналов

    ​Ученые Института оптики атмосферы (ИОА) в Томске разрабатывают системы формирования оптических сигналов с заданным распределением интенсивности, в том числе, для визуально-оптической диагностики объектов и быстропротекающих процессов.
    357
  • 02/03/2020

    В России придумали, как управлять свойствами керамики

    ​Неизвестный ранее физический эффект, существенно повышающий возможности управления свойствами керамики, обнаружен учеными Томского политехнического университета (ТПУ). Результаты исследования могут быть использованы для разработки новых видов керамики с улучшенными эксплуатационными свойствами, считают его авторы.
    442
  • 01/03/2018

    Томские физики создали миниатюрные голубые струи и красные спрайты

    ​Сотрудники Института сильноточной электроники СО РАН описали открытое и воспроизведенное ими в лабораторных условиях явление апокампа — формирование голубых и красных струй плазмы, возникающих на изгибе канала импульсно-периодического электрического разряда в различных газах.
    1265
  • 18/02/2019

    Сибирские лидары чувствуют взрывчатку на расстоянии 50 метров

    ​Молодые физики из Томска разработали лазерные локаторы с большим антитеррористическим потенциалом: приборы способны незаметно определять взрывчатые вещества по их мельчайшим фрагментам и успешно прошли испытания на железнодорожных вокзалах.
    742
  • 20/09/2018

    Элегаз и гелий подняли эффективность лазера на азоте

    ​Исследователи из Института сильноточной электроники Сибирского отделения РАН, Томского государственного университета, Томского политехнического университета и Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники разработали новую модель для изучения накачки азотной рабочей среды для лазеров с наносекундными импульсами.
    680
  • 21/01/2019

    Разработка томских ученых спасет от износа детали машин и кардионасосы для пациентов

    ​Специалисты Томского политехнического университета (ТПУ) усовершенствовали метод плазмохимического осаждения нового класса алмазоподобных покрытий, эффективных при применении в разных отраслях промышленности и биомедицины, сообщили РИА Новости в пресс-службе ТПУ.
    1322
  • 04/09/2019

    Цитируемые ученые ТПУ: катализаторы из золота и оболочки для ТВЭЛов

    ​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за летний период. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 75, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 9,405 (Green Chemistry, Q1).
    831
  • 25/07/2019

    Томские ученые могут очистить и изменить свойства поверхности металла за один раз

    ​Ученые Института сильноточной электроники СО РАН (Томск) и компании «Пучково-плазменные технологии» собрали установку, которая может очистить поверхность металла, упрочнить ее и задать новые нужные свойства за один технологический цикл.
    454
  • 12/04/2016

    В ИСЭ СО РАН разрабатывают систему диагностики бортовой аппаратуры

    ​В 2015 году на орбите отказали несколько спутников российского производства, принадлежащих другим странам: EgyptSat 2, AMOS 5,  при запуске был утрачен «Канопус-СТ». Важнейшая задача, стоящая перед разработчиками — поиск путей предотвращения преждевременных поломок и увеличение срока службы космических аппаратов.
    1508
  • 05/12/2016

    Томские ученые модернизировали Сибирскую лидарную станцию

    Три года назад проект Института оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН по лазерному зондированию атмосферы был поддержан Российским научным фондом. За это время ученые института модернизировали Сибирскую лидарную станцию, разработали измерительные установки, создали макеты уникальных лидаров.
    1180