Ученые Пермского Политеха повысили прочность инструментов и деталей для самолетов и машин

Режущие инструменты и детали машин, которые используют в машиностроении и медицине, авиационной, химической и инструментальной отраслях промышленности, находятся под действием растущих нагрузок. Они могут приводить к износу и коррозии изделий. Предприятия заинтересованы в том, чтобы они служили дольше. Ученые Пермского Политеха нашли способ повысить их прочность и стойкость к износу. Они усовершенствовали способ нанесения на режущие инструменты и детали машин упрочняющих и защитных многослойных нанопокрытий. В разработке также приняли участие исследователи из Поволжского государственного технологического университета. Работа выполнена в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».

Результаты исследования разработчики опубликовали в журнале 1-го квартиля International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. Ученые зарегистрировали 4 патента на разработку.

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ. 

При нанесении на покрытии могут образоваться дефекты. Микрокапли, неоднородности, трещины и поры ухудшают износостойкость поверхности изделий и приводят к выходу режущего инструмента и деталей машин из строя.

– Сегодня к защитным покрытиям для деталей и инструментов предъявляют высокие требования. Они должны обладать стабильной структурой, составом и свойствами, а также не окисляться. Кроме того, при резке важно сохранять невысокую температуру, не допуская перегрева материала инструмента, чтобы он не изнашивался при нагрузках и на нем не появлялись наросты, – рассказывает руководитель проекта, профессор, ведущий научный сотрудник кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского Политеха, доктор технических наук Анна Каменева (на снимке).

Ученые впервые исследовали одновременные процессы испарения металлов и нанесения покрытий при различных параметрах. Это позволило им выявить наиболее эффективные режимы их нанесения и получить более прочные и стойкие к износу режущие инструменты и детали машин.

– На тестовые образцы из быстрорежущей, конструкционной легированной и углеродистой стали мы нанесли тонкие покрытия на основе нитридов титана с алюминием при различных режимах. Для этого мы использовали метод импульсного магнетронного распыления. Затем мы оценили их свойства и установили оптимальную технологию получения многослойных нанопокрытий из нитрида титана с алюминием с высокими механическими и трибологическими характеристиками, – объясняет ученый.

Износостойкие свойства полученных нанопокрытий сопоставимы с импортными аналогами, подчеркивают разработчики. Использование отечественного вакуумного оборудования, в том числе и вакуумных установок ООО «Научно-производственного центра «Поиск-ВОЛГАТЕХ», позволит производить более прочные режущие инструменты и детали машин для российского производства.

Технологию можно использовать в машиностроении и медицине, авиационной, химической, инструментальной и других отраслях промышленности. Она также перспективна для внедрения в ремонтном производстве, считают разработчики.

Для справки

Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты. 

Справка об ученом

Анна Каменева – профессор кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского Политеха, доктор технических наук, редактор российских и зарубежных научных журналов. С 2020 года она является членом редколлегии канадского журнала Journal of Mineral, Metal and Material Engineering. В 2019 году стала послом науки Bentham Science журнала Current Chinese Science: Material Science. Анна Каменева – эксперт научных и научно-технических проектов, по закрытым технологиям на заводах.

Группа ученых под ее руководством на протяжении 36 лет разрабатывает технологии упрочнения и защиты деталей в различных отраслях промышленности. Покрытия уже внедрили на 10 предприятиях Пермского края. Исследователи получили 13 патентов на изобретения. Сейчас они занимаются получением многослойных покрытий на основе нитридов титана, циркония и хрома с уникальными свойствами.

Результаты работы профессор представила на международных конгрессах и конференциях в Великобритании, Китае, Японии, Италии, Финляндии, Франции и России. В 2020 году Анна Каменева награждена Федерацией космонавтики России медалью им. Академика Келдыша за заслуги перед космонавтикой и ведомственной наградой Минобрнауки РФ – званием «Почетный работник сферы образования России».