ТУСУР разрабатывает способ нанесения защитных керамических покрытий на металлы

Проект «Электронно-лучевая наплавка керамических и металлокерамических порошков на металлы в форвакуумной области давлений: особенности физических процессов и перспективные применения» реализуется при поддержке Российского научного фонда (грант РНФ № 24-79-10037) с 2024 года.

«Суть проекта - мы разрабатываем способ нанесения защитных покрытий на металлические детали, - рассказал руководитель проекта Алексей Зенин. - Вместо традиционного высокого вакуума мы работаем при так называемом «форвакууме» - давлении в несколько десятков Паскаль. Главная особенность в том, что при таком давлении электронный луч создает плотную плазму, которая нейтрализует электрический заряд на керамических частицах. Благодаря этому мы можем использовать керамические и металлокерамические порошки для наплавки - они практически не разлетаются из-за зарядки, а ложатся ровным слоем».

По его словам, основная задача проекта - разработка композитных покрытий с высокой твердостью, износостойкостью и жаропрочностью на обычных сталях и титане. В ходе работы над проектом будет создана научная основа для внедрения технологии на производстве, которая позволит продлить ресурс инструментов и деталей машин.

«На сегодняшний день мы находимся на втором году реализации проекта, - пояснил руководитель проекта. - Первый год успешно завершен: мы модернизировали источник электронов, добились мощности пучка до 8 кВт, плотности мощности порядка 100 Вт/см², научились сводить многоканальный пучок в узкое пятно, провели первые эксперименты по переплавке стали с порошком SiC (карбид кремния). Твердость выросла в два-три раза».

В 2026 году ученые планируют усилить мощность пучка, спроектировать и изготовить систему дозированной подачи порошка прямо в зону расплава, детально исследовать, как давление газа и параметры пучка влияют на траекторию и зарядку керамических частиц, а также провести систематические эксперименты по наплавке с разными порошками.

«Промышленность нуждается в износостойких покрытиях, - пояснил Алексей Зенин. - Детали машин, штампы, режущий инструмент быстро выходят из строя. Наплавка керамикой могла бы повысить ресурс, но традиционные методы (газотермическое, лазерное напыление) дают поры, оксиды, плохую адгезию. Электронно-лучевая наплавка в высоком вакууме не работает с керамикой из-за зарядки. Наш подход - единственный, который позволяет использовать керамические порошки без предварительной обработки. Плотная пучковая плазма в форвакууме нейтрализует заряд «на лету».

В третий год реализации проекта ученые планируют исследовать адгезию, шероховатость, микротвердость, износостойкость и оптимизировать состав порошковой смеси для максимальных защитных свойств.