В Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ совместно с Институтом ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН разрабатываются защитные покрытия. Технология предполагает наплавку металлсодержащих порошковых смесей на стальные изделия с помощью пучка релятивистских электронов, выводящегося в атмосферу. Исследования выполняются в рамках гранта Российского научного фонда и ориентированы на создание композиционных материалов «сталь-покрытие». Поверхностные слои таких материалов должны демонстрировать превосходные характеристики по износостойкости и коррозионной стойкости (жаростойкости), что важно для деталей, применяемых в машиностроении и предназначенных для работы в сложных условиях.
«Современные условия эксплуатации оборудования в различных отраслях промышленности предъявляют повышенные требования к материалам, из которых оно изготавливается. В ходе работы некоторые детали испытывают комплексное воздействие агрессивных сред, таких как кислоты, высокие температуры, водяной пар, а также абразивных частиц. Одновременное влияние этих неблагоприятных факторов приводит к интенсивному разрушению поверхностного слоя материала, что, в конечном итоге, сокращает срок службы оборудования. Одним из способов решения этой задачи является создание многофункциональных покрытий на поверхности деталей, которые обладают эксплуатационными характеристиками, превосходящими свойства базового материала. Таким образом, ключевая цель проекта заключается в разработке покрытия, доступного по цене и способного значительно увеличить срок безотказной работы изделий в нефтегазовой и химической отраслях, – пояснила доцент кафедры материаловедения машиностроения НГТУ НЭТИ, кандидат технических наук Екатерина Дробяз.
При создании многофункциональных покрытий применялся промышленный ускоритель электронов ЭЛВ-6, созданный в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН. Электронный пучок, генерируемый этим ускорителем, обладает высокой энергией (до 2,5 МэВ), что позволяет ему проникать в слой наносимого порошка и плавить его. Достаточная энергия также обеспечивает расплавление тонкого поверхностного слоя самого изделия. Перемешивание компонентов наплавочной смеси и основного материала в жидком состоянии, которое происходит в процессе, приводит к формированию покрытия толщиной до 5 мм после охлаждения. Благодаря широкой переходной области между покрытием и основой изделия, композиция «сталь-покрытие» демонстрирует хорошие показатели адгезии».
«На эксплуатационные характеристики покрытий в первую очередь влияют состав материалов, применяемых для нанесения на поверхность заготовок, и структура, формирующаяся в процессе кристаллизации жидкой ванны. В качестве разработчиков мы были поставлены перед задачей подбора составов наплавляемых порошковых композиций и отработки режимов создания высококачественных многофункциональных покрытий. Высокопрочные дисперсные керамические частицы, как правило, обеспечивают высокий уровень износостойкости. При разработке наплавочных составов предпочтение было отдано соединениям бора. Бориды характеризуются высокой твердостью, прочностью и устойчивостью к химическому воздействию в агрессивных средах. Помимо этого, в состав наплавочных смесей включены микродобавки коррозионностойких и тугоплавких компонентов тантала и хрома. Благодаря их способности быстро формировать пассивирующую пленку при воздействии кислот, повышается коррозионная стойкость разрабатываемых покрытий», — пояснила доцент кафедры материаловедения в машиностроении НГТУ НЭТИ, кандидат технических наук Евдокия Бушуева.
В ходе экспериментальных исследований определялась износостойкость материалов при различных видах абразивного воздействия, коррозионная стойкость в азотной кислоте и жаростойкость разработанных образцов. Значительная твердость боридов, составляющая 25 ГПа, обеспечивает шестикратное увеличение износостойкости создаваемых покрытий по сравнению с нержавеющими сталями. Наибольший вклад в показатели жаростойкости вносят наплавочные порошковые композиции. Наиболее выраженное повышение относительной жаростойкости при 850 °C наблюдается у наплавленных слоев состава Ta-Nb-CrB — их стойкость в 6 раз выше, чем у нержавеющей стали. У некоторых типов покрытий также зафиксирована высокая жаростойкость при температуре 950 °C.
Предоставлено Управлением информационной политики Новосибирского государственного технического университета