Создано новое многослойное покрытие для защиты оборудования от ржавчины

"Ученые пермского политеха разработали новый способ получения многослойного покрытия для защиты промышленного оборудования и инструментов. По сравнению с существующими аналогами его твердость увеличилась на 40%, а коррозионная стойкость выросла в 3-5 раз", - отметили в пресс-службе.

По данным исследователей, металлические детали и инструменты с таким многослойным покрытием смогут дольше работать без поломок и износа. Это существенно сократит простои производства.

Сначала ученые определили новый состав слоев покрытия. Первым на деталь наносится слой чистого титана - он обеспечивает надежное сцепление с поверхностью. Затем - нитрид титана, который защищает от ржавчины, и карбонитрид титана, который дает твердость.

Все слои чередуются несколько раз, а сверху кладется дополнительный упрочняющий слой из карбонитрида титана, который первым принимает на себя трение и давление. Работая вместе, они защищают и от коррозии, и от износа одновременно.

Все слои необходимо наносить ровно, без трещин и без перегрева детали. Чтобы выполнить эту задачу, ученые придумали новую технологию - использовать два источника распыления вместо одного, как это происходит при обычном магнетронном распылении. Управление каждым из источников исследователи организовали с помощью стандартных импульсных блоков, что позволяет точно контролировать мощность и последовательность нанесения слоев, добиваясь их равномерности и нужного состава.

Как пояснила доктор технических наук, профессор кафедры "Инновационные технологии машиностроения" ПНИПУ Анна Каменева, ученые подготовили несколько образцов с многослойным покрытием и отправили их в лабораторию, где проверили по трем основным параметрам. "Сначала провели испытание на коррозию - образцы погрузили в трехпроцентный раствор поваренной соли, который соответствует пластовой воде в нефтяных скважинах, и смотрели, начнут ли они ржаветь и как быстро. Затем измерили твердость с помощью специального прибора, который давит на образцы с заданной силой. По глубине отпечатка и по тому, как поверхность восстанавливается после снятия нагрузки, определяли ее износостойкость. Таким же образом проверили, насколько прочно покрытие держится на детали и не отслаивается ли", - отметила ученый.

Для сравнения ученые использовали обычные покрытия, которые сейчас применяют на производстве, например, из нитрида титана или карбонитрида титана, полученные обычным магнетронным распылением. Анализ показал, что твердость нового покрытия оказалась почти на 40% выше, а устойчивость к коррозии - в три-пять раз выше.

По словам Каменевой, износостойкость в агрессивной среде при новом методе оказалась на 78% лучше по сравнению с зарубежным аналогом, а способность восстанавливаться после нагрузки выросла в 1,5 раза. "Это значит, что деталь будет дольше сопротивляться истиранию, а при ударах и давлении покрытие не треснет и не деформируется, а вернется в исходное состояние. Это позволит сэкономить за счет того, что инструменты будут служить в несколько раз дольше, а заводы реже будут останавливать производство для замены изношенных конструкций", - подчеркнула ученый.

Полученное исследователями покрытие можно наносить на металлические инструменты и детали, которые работают в тяжелых условиях. Например, оно может применяться в горной или нефтяной промышленности, где есть одновременно большие нагрузки, трение и агрессивная среда. Разработка позволит сделать поверхность оборудования более твердой, износостойкой и устойчивой к коррозии, что значительно продлит срок службы изделий.

Фото: magnific.com