Покрытие из графена и никеля повысит прочность деталей для авиации и медицины
Защитный слой из композита на основе графена и никеля повышает прочность металлической поверхности, на которую он наносится. К такому выводу ученые пришли на основании компьютерного моделирования. Они показали, что композитное покрытие даже малой толщины (один нанометр) делает металлическую поверхность почти в два раза прочнее, а при толщине покрытия пять нанометров — в четыре раза. Однако пластичность поверхности металла снижается при увеличении толщины покрытия. Полученные результаты позволят создавать материалы с регулируемой прочностью и использовать их в качестве покрытий металлических поверхностей деталей аэрокосмического, медицинского и промышленного назначения.
Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Surfaces and Interfaces.
Металлические поверхности деталей машин и приборов изнашиваются в процессе эксплуатации. Для уменьшения износа их можно покрывать композитами на основе графена с металлическими частицами (например, алюминия, никеля и меди). Это улучшает износостойкость и коррозионную стойкость металлических поверхностей, а потому широко применяется в электронике, машино- и приборостроении. Однако важно не только защищать поверхность ответственных деталей, но и упрочнять ее. Поэтому ученые стремятся понять, какая толщина композита будет оптимальной для эффективного упрочнения и защиты металлической поверхности приборов.
Исследователи из Института проблем сверхпластичности металлов РАН (Уфа) создали математическую модель для исследования свойств композитов из графена и наночастиц никеля. Сначала научная группа смоделировала процесс синтеза композита, когда графен и наночастицы никеля смешивают и сжимают при 727°С и давлении в четыре раза выше атмосферного. Эти условия были выбраны, так как в более ранних работах авторы показали, что в таком режиме формируется прочная композитная структура.
Далее ученые моделировали нанесение композита на поверхность никеля. Авторы взяли именно этот металл, потому что он хорошо сопротивляется коррозии и кислородному окислению и по этим свойствам близок к титану, широко используемому в технике. Титан — крайне дорогостоящий металл, а никель, хоть и дешевый, имеет по сравнению с титаном низкую прочность. Поэтому, чтобы никель по прочности мог конкурировать с титаном, ученые решили упрочнить его поверхность графеновым композитом.
Авторы рассмотрели защитные слои разной толщины — от одного до 5,1 нанометров, — чтобы понять, как именно этот параметр влияет на прочность и пластичность образца. Композитные покрытия толщиной больше 5,1 нанометров ученые не исследовали, предполагая, что при дальнейшем увеличении толщины прочность на разрыв и пластичность будут меняться незначительно. Такое предположение было сделано потому, что прочность никелевой поверхности с толщиной покрытия 5,1 нанометров была близка к прочности чистого композита на основе графена и никеля, то есть к максимально возможному значению.
Моделирование показало: чем толще композитное покрытие, тем сложнее разрушить образец. Так, прочность поверхности никеля с защитным слоем толщиной пять нанометров прочность на разрыв была на 15 процентов больше, чем у образца с покрытием толщиной один нанометр. При этом увеличение толщины покрытия с одного до двух нанометров приводило к уменьшению пластичности на четыре процента. При большей толщине пластичность практически не менялась. Благодаря такому композитному покрытию детали машин — например, газотурбинные двигатели — будут прочнее, а обшивка космических кораблей — менее восприимчива к внешним воздействиям.
«Мы выбрали такое покрытие для нанесения на металлы потому, что композит обеспечивает деталям машин и приборов высокую прочность и износостойкость. Он же сможет защитить металлы от царапин и ударов. Все эти результаты многолетней работы по созданию композитов позволят металлическим поверхностям меньше изнашиваться. В дальнейшем мы планируем изучать практическое применение композитов с уже известными нам свойствами», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Юлия Баимова, доктор физико-математических наук, профессор РАН, заведующая молодежной лабораторией «Физика и механика углеродных наноматериалов» ИПСМ РАН.
Telegram 
Дзен 
VK В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые раскрыли причины удивительной сохранности крупнейшей из пирамид Гизы. Секрет того, что за прошедшие тысячелетия пирамиду не разрушили землетрясения, кроется в особенностях ее конструкции, в том числе в так называемых разгрузочных камерах, расположенных непосредственно над погребальной камерой фараона.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно