 |
Тверже стали: ученые ПНИПУ разработали сверхпрочное покрытие для деталей, работающих в экстремальных условиях
Ученые ПНИПУ сделали защиту промышленных инструментов в несколько раз эффективнее. Они впервые в мире определили оптимальные параметры напыления перспективного соединения ZrAlN. Инструмент с такой обработкой служит дольше, реже требует замены и позволяет работать быстрее.
Исследование опубликовано в научном журнале «Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение».
Представьте себе любой завод, буровую вышку или авиастроительное предприятие — везде есть оборудование, которое режет, точит, сверлит металл или бурит горную породу. Фрезы, сверла, резцы, буры, а также детали двигателей и турбин работают в экстремальных условиях: огромные скорости, трение, высокие температуры и агрессивные среды. Из-за этого они быстро изнашиваются и выходят из строя.
Чтобы инструмент служил дольше, его покрывают защитной пленкой. Однако современные материалы становятся все тверже, скорости обработки растут, и самые распространенные покрытия (например, на основе нитрида титана) уже не справляются.
Альтернативой устаревшим покрытиям может стать современное соединение ZrAlN, состоящее из циркония, алюминия и азота. У него сразу несколько ценных качеств: выдерживает экстремально высокие температуры, не разрушаясь, обладает высокой твердостью, поэтому надежно защищает инструмент от истирания. Устойчив к коррозии даже в агрессивных средах, при этом не боится резких перепадов температур: не трескается и не отслаивается при нагреве и охлаждении. А еще у него есть полезные электрические и оптические свойства, что делает его перспективным для высокотехнологичных отраслей. При этом стоимость нанесения данного покрытия незначительно дороже, чем нитрида титана.
Сейчас это соединение еще остается малоизученным в России и мире, так как до сих пор непонятно, как именно нужно настраивать процесс напыления, чтобы покрытие получалось по-настоящему эффективным при сложных условиях эксплуатации.
Ученые ПНИПУ выяснили, как давление газа в камере и количество азота влияют на качество готового покрытия. Они провели серию экспериментов: наносили соединение при разном давлении и с разным содержанием азота, чтобы определить оптимальный режим напыления, при котором покрытие сочетает в себе сразу все нужные качества: высокую твердость, низкое трение, устойчивость к нагреву и надежное сцепление с инструментом.
Затем ученые проверили, насколько прочными и качественными получились образцы. Сначала изучили структуру покрытий: с помощью рентгеновского дифрактометра, электронного микроскопа и микрорентгеноспектрального анализатора посмотрели, из чего состоит соединение, как расположены кристаллы и есть ли в нем дефекты. Далее оценили механические свойства. Микротвердость измеряли вдавливанием алмазного наконечника. Чтобы понять, насколько прочно покрытие держится на инструменте, его царапали алмазной иглой с постоянно растущей нагрузкой и фиксировали максимальную силу, при которой появляются первые трещины и отслоения. Также определили глубину проникновения иглы, силу и коэффициент трения. В конце установили оптимальное давление и количество азота, при которых формируется соединение ZrAlN с лучшими свойствами, сопоставимыми с зарубежными аналогами.
— Оказалось, что от условий напыления — давления газа и содержания азота — зависят структура, твердость и прочность сцепления с инструментом. Например, когда азота было много (40%), соединение получилось хрупким, похожим на аморфное стекло: оно быстро трескалось и отслаивалось. А лучший результат показало напыление при низком содержании азота (всего 10%). Такое покрытие содержало рекордное количество алюминия, обладало микротвердостью почти 24 ГПа (это в разы тверже стали) и имело низкий коэффициент трения, благодаря чему инструмент меньше нагревается при работе. Но главное — оно продемонстрировало высокую прочность: даже под огромной нагрузкой покрытие не отслаивалось, а лишь истиралось. Чтобы пробить его до основы, потребовалось приложить силу более 70 Ньютонов. Это нагрузка, соответствующая гире весом 7 килограммов, сфокусированная на острие алмазной иглы — для тончайшего покрытия это очень высокий показатель, — Анна Каменева, доктор технических наук, профессор кафедры инновационных технологий машиностроения ПНИПУ.
Исследование ученых ПНИПУ позволит улучшить качество покрытий для режущего инструмента, деталей машин и резцов проходческих комбайнов, работающих в условиях высоких нагрузок и трения. А значит — продлить срок службы буров, фрез, сверл и других деталей, которые быстро изнашиваются. Это позволит реже менять вышедший из строя инструмент, быстрее обрабатывать детали и в итоге снизить затраты производства.
Контактное лицо: Макарова Татьяна Андреевна (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 13:48, 14.08.2026
Количество просмотров: 49
Страна: Россия
| Что полезно для розы – губительно для гортензии: ученый Пермского Политеха рассказал, как продлить жизнь сентябрьскому букету, ПНИПУ, 22:59, 31.08.2026, Россия |
36 |
| Первое сентября – день, когда цветы несут не только учителям, но и мамам первоклассников, воспитателям. Эти подарки часто становятся главным символом праздника, но их красота быстро увядает. Эксперт ПНИПУ объясняет, почему одни и те же советы не работают для всех цветов и как подобрать уход под определенные растения. |
|
| Ученый Пермского Политеха рассказал о первом метеорном потоке сентября, ПНИПУ, 13:23, 27.08.2026, Россия |
166 |
| В ночь с 31 августа на 1 сентября жители Северного полушария увидят редкий звездопад Ауригиды. Его порождает комета, которая обращается вокруг Солнца две тысячи лет, поэтому каждая зафиксированная вспышка ценна для науки. О том, чем уникален поток и как его наблюдать, рассказал ученый Пермского Политеха. |
|
| Ученый Пермского Политеха рассказал о 7 правилах подготовки иммунитета к осени, ПНИПУ, 13:15, 27.08.2026, Россия |
53 |
| Осень — время роста респираторных инфекций: сокращается световой день и снижается выработка витамина D, холода и отопление пересушивают слизистые, возвращение в коллективы ускоряет распространение вирусов, а в рационе становится меньше свежих овощей и фруктов. Учёный Пермского Политеха подготовил 7 правил, которые помогут укрепить иммунитет и подготовиться к сезону. |
|
| Грибная перезагрузка: ученый Пермского Политеха рассказал, что меняется в лесу в конце лета, ПНИПУ, 11:07, 18.08.2026, Россия |
512 |
| Многие люди привыкли считать, что в августе лес продолжает давать те же грибы, что и в июле, только в больших количествах, но реальность гораздо сложнее. Ученый ПНИПУ рассказал, как меняется тихая охота в августе, почему сейчас так легко ошибиться и сорвать ядовитый двойник, и как правильно готовить августовские грибы. |
|
|
|
