Тольяттинские ученые нашли способ увеличить срок службы алюминия
В ТГУ придумали, как превратить мягкий алюминий в материал, по характеристикам близкий к конструкционной стали. Используя никель и лазерную обработку, ученые добились трехкратного увеличения срока службы алюминиевой детали, работающей в условиях трения. Технология может быть востребована в авиастроении, автомобильной промышленности и судостроении, где алюминиевые сплавы ценят за легкость, но постоянно сталкиваются с проблемой их быстрого износа.
Изделия из алюминия и его сплавов широко применяются практически во всех отраслях народного хозяйства: строительстве, энергетике, в авиакосмической отрасли, судостроении, медицине и т. д. Они легкие и прочные, обладают высокой коррозионной стойкостью, хорошо проводят тепло и электричество, их легко обрабатывать. Но есть и весомые минусы – низкая твердость и износостойкость. Иногда алюминиевые детали требуют защиты с помощью специальных покрытий, и инженеры вуза предложили для этого оригинальный способ.
Они решили использовать никель, а точнее, предварительное химическое никелирование поверхности с последующей лазерной обработкой. В результате на алюминии формируется новый поверхностный слой, содержащий соединения алюминия и никеля. Твердость такого "покрытия" вырастает в шесть раз по сравнению с исходным материалом, а его износостойкость позволяет детали служить втрое дольше.
Выяснилось это в серии экспериментов: ученые наносили на алюминиевые пластины никелевое покрытие и воздействовали на поверхность лазером. Меняя режимы излучения, они подбирали условия, при которых никель и алюминий образуют соединения с лучшим комплексом свойств. Выяснилось, что концентрация никеля имеет решающее значение: чем она выше, тем твёрже покрытие. При этом поверхность после обработки получается настолько гладкой, что деталь зачастую не нуждается в дополнительной шлифовке.
- С помощью нашей технологии можно повышать свойства не всей детали, а только тех её участков, которые подвергаются трению. К тому же метод не требует сложного и дорогого оборудования. Химическое никелирование – давно отработанный процесс, а лазерные установки сегодня есть на многих производствах. Можно взять то, что уже есть, и с помощью установленных режимов обработки получать детали, которые служат дольше. Таким образом, экономятся материалы, снижаются себестоимость производства и нагрузка на ремонтные службы, - подчеркивает один из авторов исследования, доцент кафедры "Сварка, обработка материалов давлением и родственные процессы" Тольяттинского государственного университета Александр Бочкарев.
В ближайшее время ученые планируют продолжить эксперименты, чтобы оптимизировать режимы обработки и распространить этот метод на более широкий спектр алюминиевых сплавов. Также специалисты намерены изучить, как полученное "покрытие" ведет себя в агрессивных средах, например, в условиях морской воды.
Исследование выполнено в рамках реализации федеральной программы поддержки университетов "Приоритет 2030" (16+) (национальный проект "Молодежь и дети"). Статья о нем опубликована в специализированном журнале.