Сотрудники Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали новый способ получения многослойного покрытия для защиты промышленного оборудования и инструментов.
Как сообщили ТАСС в пресс-службе Минобрнауки РФ, по сравнению с существующими аналогами твёрдость покрытия увеличилась на 40 процентов, а коррозионная стойкость выросла в 3–5 раз. Металлические детали и инструменты с таким покрытием смогут дольше работать без поломок и износа, что сократит простои производства.
Из чего состоит покрытие
Сначала учёные определили новый состав слоёв. На деталь последовательно наносятся слой чистого титана (обеспечивает сцепление с поверхностью), затем нитрид титана (защищает от ржавчины) и карбонитрид титана (даёт твёрдость). Слои чередуются несколько раз, а сверху добавляется дополнительный упрочняющий слой из карбонитрида титана, который первым принимает на себя трение и давление. Вместе они защищают и от коррозии, и от износа одновременно.
Чтобы нанести слои ровно, без трещин и перегрева детали, учёные придумали новую технологию — использовать два источника распыления вместо одного, как при обычном магнетронном распылении. Управление каждым источником организовано с помощью стандартных импульсных блоков, что позволяет точно контролировать мощность и последовательность нанесения слоёв.
Результаты испытаний
Учёные подготовили несколько образцов с новым покрытием и проверили их по трём параметрам. Сначала испытали на коррозию — образцы погрузили в трёхпроцентный раствор поваренной соли, который соответствует пластовой воде в нефтяных скважинах. Затем измерили твёрдость с помощью прибора, который давит на образцы с заданной силой. По глубине отпечатка и восстановлению поверхности определяли износостойкость и прочность сцепления покрытия с деталью.
Для сравнения использовали обычные покрытия, которые сейчас применяют на производстве (например, из нитрида титана или карбонитрида титана). Анализ показал, что твёрдость нового покрытия оказалась почти на 40 процентов выше, а устойчивость к коррозии — в 3–5 раз выше. Износостойкость в агрессивной среде оказалась на 78 процентов лучше по сравнению с зарубежным аналогом, а способность восстанавливаться после нагрузки выросла в 1,5 раза. Это значит, что деталь дольше сопротивляется истиранию, при ударах и давлении покрытие не трескается и не деформируется, а возвращается в исходное состояние.
Профессор кафедры «Инновационные технологии машиностроения» ПНИПУ Анна Каменева подчеркнула, что это позволит сэкономить: инструменты будут служить в несколько раз дольше, а заводы реже будут останавливать производство для замены изношенных деталей. Покрытие можно наносить на металлические инструменты и детали, работающие в тяжёлых условиях — например, в горной или нефтяной промышленности, где одновременно присутствуют большие нагрузки, трение и агрессивная среда. Разработка значительно продлит срок службы изделий.
