Как победить капризную прочность?

Ученые академических институтов Томского научного центра уже не раз удостаивались высокой награды — премии имени выдающегося учёного, вице-президента РАН, председателя Сибирского отделения, иностранного члена НАН Беларуси академика Валентина Афанасьевича Коптюга. Летом 2014 года ею был отмечен совместный научный коллектив, в состав которого вошли ученые из Института сильноточной электроники СО РАН, Физико-технического института Национальной академии наук Беларуси, Института тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси и Белорусского государственного университета.

Томичей представлял авторский коллектив, в составе которого Николай Коваль, д.т.н, зав. лабораторией плазменной эмиссионной электроники ИСЭ СО РАН, и сотрудники лаборатории Юрий Иванов, д.ф.-м.н., в.н.с, Елизавета Петрикова, аспирантка ИСЭ СО РАН, материаловед и Антон Тересов, ведущий электроник. Ученые представили результаты работы, выполненной в рамках совместного гранта на тему «Получение износостойких нанокристаллических композиционных слоев на силуминах с помощью электронно-ионно-плазменного воздействия», опубликованной серии статей и совместной монографии.

Силумин - представляет собой легкий и прочный материал, получивший широкое применение в космической отрасли, авиа- и машиностроении (там, где необходим небольшой вес и способность переносить достатчно высокие нагрузки), в химической промышленности (этот сплав слабо подвержен коррозии), а также в медицине (из силумина изготавливают детали медтехники), - рассказывает Юрий Иванов.- Силумин обладает очень хорошими литейными свойствами, благодаря чему из него можно изготавливать изделия самой сложной формы с любыми выемками и отверстиями.

    Данный сплав обладает двумя существенными недостатками - хрупкостью и низкой изностойкостью. Конечно, ранее уже использовались различные методы повышения служебных характеристик этих сплавов: они подвергались термической обработке, в них добавлялись различные легирующие элементы, способствующие уменьшению трения. Однако все они имели ряд существенных недостатков, прежде всего, это дороговизна и сложные технологические режимы обработки сплава.

    Ученые двух стран предложили использовать качественно новые методы воздействия на капризный, но перспективный материал. В Беларуси изучают влияние плазмы на этот материал, а в ИСЭ СО РАН был разработан ряд новых методов модификации поверхностного слоя силумина. Путем плавления поверхности импульсным электронным пучком удается создать очень мелкую (субмикро- и наноразмерную) структуру, что позволяет повысить твердость его поверхностного слоя в несколько раз. Кроме этого, разработан метод нанесения тонких металлических пленок и их вплавление в поверхностный слой силумина, что также позволяет значительно улучшить прочность сплава. Но самых высоких результатов удалось добиться при напылении на поверхность силумина сверхпрочных нанокристаллических покрытий состава TiCuN и их дальнейшего вплавления электронным пучком. Благодаря этому покрытие разбивается на фрагменты, разделенные материалом подложки. Это позволяет повысить твердость сплава более чем в десять раз, а изностостойкость почти в двадцать раз. При использовании же нанокристаллических покрытий нитрида циркония изностостойкость силумина повышается более чем в пятьдесят раз.

   Дальнейшей целью совместных исследований станет создание таких методов упрочнения силумина, при которых одновременно применяется воздействие и электронным пучком, и плазмой.