Ученые Института сильноточной электроники (ИСЭ) СО РАН в Томске разработали установку для технологии поверхностного инжиниринга - моделирования и создания поверхностей с заданными свойствами.

«Установка соединяет в себе генераторы объемной газовой и металлической плазмы и электронную пушку. Воздействуя на материал то тем то другим способом, можно не просто напылять покрытия, а менять свойства и характеристики самой поверхности», — рассказал младший научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники ИСЭ СО РАН Владимир Шугуров.

В основе комплексного оборудования — ионно-плазменная установка «Квинта», разработанная в ИСЭ. Она позволяет наносить на поверхность защитную пленку, которая в разы увеличивает прочность, износостойкость, термостойкость, коррозионную стойкость изделия. На первом этапе материал очищают ионами аргона, затем бомбардируют ионами азота. Внедрение азота в поверхность, например, стали увеличивает срок службы деталей в 2-4 раза. Далее происходит напыление покрытия — и та же азотированная сталь с пленкой из нитрида титана служит еще в 5-6 раз дольше. Комбинируя материалы катодов, можно создавать разные покрытия, а также использовать установку для нанесения декоративных слоев.

«Сейчас мы активно работаем с новосибирским производителем штампового оборудования. У них есть втулка, которая расправляет гильзу патрона после штампования. Ионно-плазменная обработка увеличивает срок службы этих втулок в шесть раз, а за счет использования более дешевой стали ее цена снизилась на 30 процентов», — приводит пример Владимир Шугуров.

В новом оборудовании «Квинта» скомбинирована с установкой с электронной пушкой. Под воздействием электронного пучка поверхность материала быстро расплавляется и застывает. При этом меняется структура поверхности, она становится мелкозернистой, повышается твердость и пластичность материала.

«Комбинируя две установки, мы получаем новую технологию — поверхностный инжиниринг: возможность не просто улучшить свойства поверхности, а создать новую», — объясняет сотрудник ИСЭ.

В комплексной установке на материал в дуговом разряде напыляют тонкий слой металла или керамики, потом обрабатывают изделие электронным пучком — так происходит формирование поверхностного сплава. Это уже не просто пленка и подложка с четкой границей раздела, где при экстремальной нагрузке покрытие может отслоиться. За счет воздействия электронного пучка происходит частичное расплавление и перемешивание пленки и подложки. Между ними уже нет границы, а есть плавное изменение свойств, что позволяет получить абсолютную адгезию.

«Комбинируя материалы и способы обработки, мы можем постепенно вырастить поверхность, которая нам нужна. Допустим, взять простую дешевую сталь и путем добавления различных материалов на поверхности вырастить твердый сплав, который в десять раз тверже и в сто раз более износостойкий», — добавляет Владимир Шугуров

В установке есть программируемый манипулятор, специалисты могут задать любой режим вращения стола, а также перемещать его из одной камеры в другую. Это позволяет обрабатывать детали практически любой сложности.

Экспериментальная установка не предназначена для выпуска больших партий изделий, но на ее основе будет создаваться оборудование для промышленного применения. В частности, технология востребована в авиастроении для модификации поверхности лопаток двигателей, которые работают при экстремально высоких температурах. Сейчас на них напыляют термобарьерные покрытия по традиционной технологии, при этом сохраняются риски отслоения пленки и разрушения детали. Стойкость лопаток — одно из главных ограничений, которое не позволяет увеличивать срок службы двигателя. Поверхностный инжиниринг позволит преодолеть этот барьер. 

«Прямых аналогов нашему оборудованию в мире нет, это технология будущего», — говорит Владимир Шугуров.  


Похожие новости

  • 15/11/2019

    Томские ученые создали стерилизатор пластиковых пакетов для хранения плазмы крови

    ​Ученые Института сильноточной электроники СО РАН завершили двухлетний цикл разработок и производства опытного образца источника электронного пучка для стерилизации пластиковых пакетов, предназначенных для хранения плазмы крови.
    366
  • 27/11/2018

    ФСБ наградила томских ученых за создание приборов для поиска взрывчатки

    ​Федеральная служба безопасности к 60-летию со дня образования Сибирского отделения РАН наградила томских ученых грамотами за разработку прибора для обнаружения взрывчатки. Разработка велась по заказу ФСБ РФ и уже прошла испытания на вокзале Томск.
    2976
  • 22/10/2019

    Как спастись от электродуги

    ​На АО "НПЦ "Полюс"" внедрен комплекс методов и аппаратных средств для диагностики бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов на устойчивость к дугообразованию. Разработка комплекса стала результатом масштабного семилетнего проекта, который завершили ученые из Института сильноточной электроники (ИСЭ) СО РАН (Томск), сообщает пресс-служба Томского научного центра СО РАН.
    158
  • 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.
    1116
  • 08/10/2019

    Премия Эрвина Маркса присуждена томскому ученому

    ​Самая престижная награда планеты за достижения в области мощной импульсной энергетики – Премия Эрвина Маркса – в 2019 году присуждена Александру Киму, доктору техничесикх наук, ведущему научному сотруднику Института сильноточной электроники СО РАН.
    906
  • 14/02/2017

    Томский ученый Илья Романченко - о физике и разработках

    ​​​Томский физик Илья Романченко получил премию президента в области науки и инноваций для молодых ученых за 2016 год. В интервью РИА Томск он рассказал о том, как его работа может помочь в борьбе против раковых клеток и террористов, почему в физике недостаточно просто выучить формулы, а также на что он собирается потратить 2,5 миллиона рублей.
    3504
  • 17/12/2018

    Компания En+ Group подвела итоги конкурса проектов молодых ученых «Лаборатория энергетики»

    ​Компания En+ Group, ведущий вертикально интегрированный производитель алюминия и электроэнергии, подвела итоги конкурса для молодых ученых из иркутских вузов «Лаборатория энергетики». В финал вышли 9 проектов улучшений по теме «Цифровые технологии в энергетике».
    1097
  • 07/05/2018

    Томские ученые разрабатывают материал для производства имплантатов

    ​Ученые томского Института физики прочности и материаловедения СО РАН работают над получением биоинертных сплавов с низким модулем упругости для производства медицинских имплантатов. Сегодня самый распространенный материал для имплантатов - технически чистый титан, модуль упругости которого составляет около 120 гигапаскалей.
    827
  • 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.
    543
  • 01/11/2017

    40 лет со дня открытия Института сильноточной электроники СО РАН

    ​Институт сильноточной электроники СО АН СССР был организован постановлением Госкомитета СССР по науке и технике и постановлением Президиума Сибирского отделения АН СССР в 1977 году. В настоящее время институт возглавляет академик Николай Ратахин.
    1547