Тверже стали: в России разработали сверхпрочное покрытие для деталей, работающих в экстремальных условиях
Фрезы, сверла и резцы проходческих комбайнов работают в экстремальных условиях и быстро выходят из строя. Продлить им жизнь помогают специальные покрытия, но традиционные варианты уже не выдерживают нагрузок современного оборудования. Ученые ПНИПУ нашли способ сделать защиту инструмента в несколько раз эффективнее. Они впервые в мире определили оптимальные параметры напыления перспективного соединения ZrAlN: оно получилось в несколько раз тверже стали, с низким коэффициентом трения, способно выдерживать нагрузку более семи килограммов при высокой температуре, при этом по цене сопоставимо с аналогами. Инструмент с такой обработкой служит дольше, реже требует замены и позволяет работать быстрее. Для предприятий это означает снижение затрат и увеличение объемов выпуска.
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. Нанесения этого покрытия стоит немного 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. Исследование опубликовано в научном журнале «Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение».
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 семь 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.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые из МФТИ и ИППИ РАН выяснили, что у квантовых полей вблизи черных дыр (или ускоренно расширяющейся Вселенной) есть «порог нагрева». До этого порога чем выше температура, тем быстрее поле «забывает» свое прошлое. А выше порога нагрев уже не помогает: скорость забывания становится постоянной и определяется не температурой, а самой формой пространства (например, размером горизонта).
Исследователи из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН определили, при каких условиях квазиклассические модели водородной плазмы начинают давать нефизичные результаты. Ученые показали, что при достаточно сильном взаимодействии частиц такие модели перестают правильно учитывать квантовые эффекты, связанные с принципом Паули. В результате в расчетах возникают нефизичные электрон-ионные кластеры, а моделируемая система теряет устойчивость.
Почему один человек легко заводит друзей, а другой предпочитает держаться в стороне? Откуда берется привычка все планировать? Почему некоторые люди сомневаются в себе? Международный коллектив ученых проанализировал данные о геномах миллиона человек и выявил 1260 независимых генетических вариантов, связанных с основными пятью чертами личности человека. Результаты исследования показали, что на индивидуальные особенности личности влияет не только воспитание, опыт и окружающая среда, но также гены.
Группа российских исследователей, в которую вошли океанологи Санкт-Петербургского университета, выявила существование ранее неизвестных механизмов распространения «волн Россби». В ходе работы им удалось зафиксировать точки, где перенос энергии прекращается, а траектории движения воды претерпевают изменения. Дополнительно ученые обнаружили асимметрию в динамике волновых процессов, зарождающихся у западных и восточных прибрежных течений.
Мумии сохраняют следы не только болезней и травм, но и самих процедур, которым подвергали тела после смерти. Компьютерная томография головы мумии, много десятилетий пролежавшей в музее, раскрыла не совсем привычный способ извлечения мозга и другие детали бальзамирования.
Инженеры компании HONOR выпустили смартфон с кремний-углеродной батареей на 7000 миллиампер-часов, сохранив толщину устройства в пределах 7,8 миллиметра. Разработка доказала, что переход на кремниевые аноды окончательно решил проблему громоздких аккумуляторов высокой емкости.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
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