Российские ученые придумали способ повышения долговечности металлических изделий

Ученые разработали высокоэффективное оборудование и технологию, с помощью которых можно за минуты создавать на поверхности металлических изделий надежный защитный слой. Эта технология основана на обработке микроволновой плазмой и применима в разных сферах производства. Работа проводится в рамках проекта, поддержанного Российским научным фондом, а ее результаты опубликованы в журналах Heliyon и Journal of Physics D: Applied Physics.

С каждым днем ученые предлагают все больше способов улучшить эксплуатационные характеристики изделий, продлить их жизненный цикл, защитив их от коррозии, изнашивания и других неблагоприятных процессов. Коррозия — это самопроизвольное разрушение металлов и сплавов в результате химического, электрохимического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Один из наиболее распространенных подходов – нанесение на поверхность различных защитных покрытий, например, напыление материала в вакууме. Но это дорогой, длительный и трудозатратный процесс. Сотрудники Института машиноведения имени А. А. Благонравова РАН создали технологию, которая позволяет надежно и эффективно защитить изделие за считанные минуты. Свои исследования они продолжают уже 30 лет и с каждым годом получают все новые данные и корректируют разработку.

«Мы создали оборудование, которое обеспечивает воздействие на поверхность изделий, в том числе имеющих сложную геометрию. Оно позволяет сформировать на ней композитную структуру, благодаря чему повышается долговечность конструкций», – рассказал руководитель проекта Борис Бржозовский, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник Института машиноведения имени А. А. Благонравова РАН.

Для создания оборудования авторы применили междисциплинарный подход, опираясь на фундаментальные положения физики плазмы, физики твердого тела и СВЧ (микроволновой) техники. Оборудование нагревает верхний слой изделия, пока он не расплавится. После этого изделие охлаждают до изначальной температуры. В результате в поверхностном слое формируется композитная структура из наноразмерных (тоньше человеческого волоса) частиц (композиты — это многокомпонентные материалы, обычно состоящие из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, которые обладают высокой прочностью. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих). Они обладают повышенной твердостью и подвижностью. Процесс обработки занимает не более 15 минут в зависимости от размеров и материала изделия. Аналогичные подходы в России и за рубежом, по словам ученых, отсутствуют.

«Нашу разработку можно применять в разных областях производства. Как показала практика, наибольшим спросом технология пользуется при изготовлении металлорежущих инструментов. Перспективным является также направление, связанное с авиационной и космической техникой, где используются титан и алюминий», – отметил Борис Бржозовский.

В дальнейшем авторы планируют продолжить исследования и на основе полученных результатов создать новые цифровые технологии.