Башкирские учёные защищают металлы панцирем из плазмы

В Уфимском государственном авиационном техническом университете действует одна из ведущих российских лабораторий, занимающаяся разработкой и внедрением вакуумных ионно-плазменных технологий, благодаря которым увеличиваются твёрдость, прочность, износостойкость деталей из различных материалов и улучшаются другие свойства металлов. На создание новых технологий и на проведение исследований в этой области научный сотрудник лаборатории Камиль Рамазанов получил грант Президента России в размере 600 тысяч рублей.

— Любой материал, даже самый прочный, под действием внешней среды (воздуха, воды) разрушается, — поясняет Камиль Рамазанов. — И каким бы ни был прочным объёмный материал, разрушение всегда начинается с поверхности. Поэтому наша задача сделать поверхность металла прочнее сердцевины. Создаётся такой «эффект черепашки», когда мягкое тело закрыто прочным панцирем.

Своеобразный панцирь на металле получают путём плазменной обработки материалов. Достигается покрытие толщиной не более 10 микрон. Для сравнения — диаметр человеческого волоса составляет 100 микрон. Только представьте, на металле создаётся покрытие в 10 раз тоньше человеческого волоса. Произвести такую плёнку возможно исключительно плазмой, фактически работая на уровне атомов.

Необходимые детали (например, лопатки газотурбинных двигателей) помещаются в вакуумную камеру, где на поверхность наносится плазменное покрытие.

— С помощью специальных источников есть возможность любой элемент из таблицы Менделеева преобразовать в четвёртое состояние вещества — плазму. Следовательно, плазменное покрытие может быть из разных материалов и их комбинаций, — говорит Камиль Рамазанов.

На оборудовании вузовской лаборатории наносят интерметаллидные жаростойкие покрытия на основе никеля и многослойные покрытия на основе карбидов и нитритов металлов. Благодаря чему в разы увеличиваются ресурс работы деталей, коррозийная и эрозийная стойкости.

Кроме нанесения защитного плазменного покрытия, в лаборатории занимаются и модификацией самого материала.

— Бомбардировка ускоренными ионами поверхности металлов приводит к изменению кристаллического строения вещества и его химического состава. Ионная модификация помимо прочего увеличивает микротвёрдость, прочность, уменьшает коэффициент трения. Поэтому такие детали могут работать даже без смазки, что важно в военной авиации, — отмечает научный сотрудник.

Учебно-научная лаборатория высокоэффективных процессов обработки Уфимского авиационного университета тесно сотрудничает с Уфимским моторостроительным производственным объединением. Учёные занимаются модернизацией действующих на предприятии промышленных установок. В условиях лаборатории новые технологии отрабатываются на опытных деталях. Затем создаётся серийная технология. То есть наука решает конкретные производственные задачи.

По словам учёного, проблема в том, что все технологии, связанные с плазменной обработкой, дорогостоящие и длительные. К примеру, при ионном азотировании плазма в непрерывном режиме обрабатывает деталь от десяти часов до нескольких суток.

— Мы стремимся сократить процесс ионной модификации. При этом уменьшатся затраты энергии, газов, катодов, которые участвуют в производстве, — говорит Камиль Рамазанов. — Конечно, авиация и космос никуда не уйдут от дорогих технологий, но задача состоит в том, чтобы снизить себестоимость процесса производства ради конкурентоспособности продукции. И также следует повышать качество обработки материалов, поскольку сейчас предъявляются высокие требования к точности и качеству покрытий, которое должно быть равномерным по толщине, несмотря на сложную форму деталей, и иметь минимальную шероховатость.

Разработки вузовской лаборатории применяются в авиационном и ракетном двигателестроении, приборостроении, автомобилестроении, при создании нефтехимического и нефтеперерабатывающего оборудования, медицинских инструментов.

Учёным-практикам удаётся изменить химический состав поверхностных слоев на деталях практически любой конфигурации и создавать защитные покрытия любого состава и цвета. К примеру, наносить декоративные покрытия на металл и керамическую поверхность.

В кризисные 90-е годы дорогостоящие плазменные технологии использовались для нанесения декоративных покрытий при производстве посуды. У многих жителей республики, скорее всего, сохранились словно золочёные ложки и вилки, выпущенные на УМПО.

В настоящее время в городе Трёхгорном Челябинской области есть предприятие, занимающееся плазменной обработкой листового материала, который используют при строительстве церковных куполов. Плазменное покрытие гораздо дешевле и прочнее золотого, а по прочности и твердости не уступает алмазам, поэтому их еще называют алмазоподобными.

— Если удастся снизить себестоимость технологии плазменной обработки, то расширится поле её использования, — отмечает Камиль Рамазанов. — И тогда появится возможность применять высокопрочные материалы в повседневной жизни.