Учёные СибГИУ сделали два открытия

Важное событие для кузбасской науки: Международная академия авторов научных открытий и изобретений выдала свидетельства и дипломы на два открытия, сделанные группой ученых Сибирского государственного индустриального университета.

Работы "Закономерность изменения структурно-фазового состояния металлов при внешнем энергетическом воздействии" и "Явление ускорения процессов синтеза химических соединений на поверхности металлов и сплавов при электровзрывном легировании" выполнены учеными кафедры физики имени проф. В.М. Финкеля СибГИУ под руководством проф. Е.В. Протопопова и проф. В.Е. Громова.

Нанотехнологии, исследуемые учеными, позволяют делать повседневные изделия более прочными. Проведенные исследования позволили получить 25 патентов на научные изобретения. А экономический эффект от внедрения нанотехнологических решений в непрерывный цикл металлургического производства уже составил 142 млн рублей.

1. Явление ускорения процессов синтеза химических соединений на поверхности металлов и сплавов при электровзрывном легировании

Авторы: Будовских Е.А., Громов В.Е., Райков С.В., Романов Д.А., Иванов Ю.Ф.

Поскольку процесс разрушения материала изделий и конструкций начинается с его поверхности, для ряда практических применений перспективно формирование на их поверхности защитных покрытий, так как в этом случае важны свойства только поверхности материала, а не всего объема. Реализовать в одном материале многообразный и противоречивый комплекс свойств, которыми должен обладать материал позволяет использование метода электровзрывного легирования поверхностных слоев.

Учеными каф. физики имени проф. В.М. Финкеля установлено, что при электровзрывной обработке поверхности различных металлов и сплавов на их поверхности образуется тонкий слой толщиной в десятки микрометров, который имеет свойства в 10 лучше свойств (микро и нанотвердость, износостойкость и электроэрозионная стойкость и др.) основного объёма материала. Увеличение этих свойств наблюдалось например, на твердых сплавах, алюминиевых и титановых сплавах и др.

Для понимания сути открытия попробуем разобраться как же происходит напыление этих покрытий? Установка, используемая для электровзрывного легирования включает две основные части – емкостной накопитель энергии (или батарея конденсаторов) и импульсный плазменный ускоритель. Процесс напыления включает заряд накопителя до определенного значения и его разряд на металлическую фольгу. В результате чего происходит электрический взрыв фольги. Взрываемые фольги могут быть из разных металлов – меди, молибдена и др. При этом с помощью плазменного ускорителя происходит формирование импульсной плазменной струи. Продукты взрыва содержат как плазменный компонент, так и конденсированные частицы, которые располагаются преимущественно в тылу струи. При взаимодействии плазменного фронта струи с поверхностью она нагревается, после чего конденсированные частицы осаждаются на ней, модифицируя поверхность и существенно улучшая комплекс эксплуатационных свойств. То есть электровзрывное легирование обеспечивает синтез новых химических соединений, получить которые традиционными методами невозможно.

На практике открытие используется для упрочнения различных изделий. К ним относятся диски, узлы поворота и пары трения; изделия медицинского назначения; клапаны автомобильного двигателя, работающие в условиях изнашивания поверхности; лопатки газотурбинного двигателя, втулки и диски; лопатки турбин, клапаны, шатуны; корпусы замков; лонжероны; электрические контакты различной номенклатуры.

Все результаты по электровзрывной обработке поверхности металлов и сплавов, полученные к настоящему времени, является новыми, прорывными достижениями, не имеющими аналогов в мировой практике, защищены 25 патентами на изобретения.

2. Закономерность изменения структурно-фазового состояния металлов при внешнем энергетическом воздействии

Авторы: Протопопов Е.В., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Коновалов С.В.,

Фейлер С.В.

Сущность открытия заключается в том, что авторским коллективом экспериментально установлено явление увеличения эксплуатационных и прочных характеристик сортовой продукции при внедрении нанотехнологических решений в непрерывный цикл металлургического производства на этапах разливки сортовой заготовки, прокатки, термомеханической обработки готового проката.

Говоря простым языком, характеристики и свойства готового проката резко возрастают, если в нем формируются наноразмерные структуры. Это происходит, если при разливке стали в расплав вводятся нанопорошки. При прокатке арматуры, балки и других видов продукции обработка проката в горячем состоянии в линии прокатных станов мощными потоками воды или сжатого воздуха так же формируют наноструктуры на поверхности. Прокатка арматуры и балок осуществляется в чугунных прокатных валках, поверхности которых работают в условиях высоких температур, давлений и интенсивного износа. Чтобы избавиться от износа, авторами открытия предложена плазменная обработка рабочей части валков – калибров, при этом износостойкость возрастает на 60 %. Причина та же – формирование наноструктур в поверхностных слоях.

Экономический эффект от внедрения заявленных открытий технологий модифицирования металла нанопорошковыми инокуляторами, термомеханического упрочнения проката по режимам прерванной закалки и ускоренного охлаждения и плазменного упрочнения валков из чугуна марок на ОАО "ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат" составил более 142 млн.руб.