Волгоградские ученые повысили износостойкость титановых деталей в 1,5 раза

МОСКВА, 30 сен — РИА Новости.

Российские исследователи предложили более эффективный способ повышения долговечности титановых деталей, которые широко применяются в энергетике, автомобилестроении, авиационной промышленности и ряде других сфер. Разработка особенно актуальна для узлов, работающих в условиях высоких температур, интенсивного трения и постоянных механических нагрузок, где обычные материалы быстро теряют свои свойства.

Новый метод защиты от износа создали ученые Волгоградского государственного технического университета (ВолгГТУ). В основе технологии лежит сочетание двух подходов — сварки взрывом и лазерной обработки. Такое сочетание позволяет сформировать на поверхности деталей прочное покрытие, которое улучшает эксплуатационные характеристики металла и помогает дольше сохранять его работоспособность.

По словам авторов, созданный ими защитный слой формируется на базе соединений титана, меди и никеля. Благодаря особой структуре покрытия и его устойчивости к термическим воздействиям износостойкость деталей увеличивается примерно в 1,5 раза даже при температуре 600 °C. Это делает разработку перспективной для применения в оборудовании, где важны одновременно прочность, термостойкость и надежность.

Как отмечают специалисты, подобные технологии могут снизить затраты на ремонт и замену деталей, а также продлить срок службы сложных технических систем. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Manufacturing and Materials Processing.

Титан и его сплавы ценятся в машиностроении и других отраслях благодаря высокой удельной прочности, малой плотности и отличной коррозионной стойкости. Особенно востребован этот металл там, где важны надежность, долговечность и способность работать в агрессивных средах. Однако в узлах трения, то есть в деталях, между которыми происходит относительное перемещение, титановые поверхности изнашиваются довольно быстро. Это связано с тем, что титан склонен к схватыванию практически с любыми материалами, из-за чего контактирующие поверхности начинают разрушаться. В результате на детали появляются глубокие царапины, вырывы металла и задиры, которые резко сокращают срок службы изделия.

Чтобы повысить износостойкость титана, на его поверхность наносят специальные защитные покрытия, способные уменьшить трение и предотвратить интенсивное разрушение материала. Такие покрытия помогают продлить ресурс деталей и сделать их работу более стабильной в тяжелых условиях эксплуатации. При этом у многих известных покрытий есть существенный недостаток: они становятся хрупкими при низких температурах и обладают недостаточной вязкостью даже при комнатной температуре. Поэтому при выборе защитного слоя важно учитывать не только его твердость и стойкость к износу, но и способность сохранять прочность, пластичность и надежность в реальных условиях работы.

Специалисты Волгоградского государственного технического университета разработали новый способ защиты титановых деталей, который позволяет заметно повысить их эксплуатационные характеристики. Созданное ими покрытие основано на медно-никелевом сплаве и предназначено для использования в условиях повышенных механических нагрузок и износа. Подобные разработки особенно важны для авиационной, машиностроительной и энергетической отраслей, где надежность материалов играет ключевую роль.

Сначала медно-никелевый слой приварили к титановой подложке методом взрывной сварки. Этот подход обеспечил очень прочное и стабильное соединение материалов, несмотря на их различающиеся физические свойства. Затем полученную заготовку подвергли лазерной обработке, которая позволила тонко изменить структуру поверхностного слоя и улучшить его свойства.

По словам доцента кафедры «Материаловедение и композиционные материалы» ВолгГТУ Артема Богданова, в ходе лазерного воздействия титан, медь и никель интенсивно перемешались и образовали новые соединения. В результате структура покрытия стала более однородной и плотной, а это, в свою очередь, повысило его прочность, износостойкость и устойчивость к разрушению. Такой эффект делает материал перспективным для дальнейшего применения в производстве деталей, работающих в сложных условиях.

Кроме того, подобные технологии открывают возможности для создания более долговечных и экономичных изделий, поскольку позволяют продлить срок службы титановых компонентов без значительного утяжеления конструкции. Это особенно ценно там, где требуется сочетание малого веса, высокой прочности и стойкости к внешним воздействиям.

Современные методы модификации поверхности позволяют заметно улучшать эксплуатационные свойства металлов, и в этом направлении особенно перспективным считается титан. По его словам, сравнительные испытания показали, что полученное покрытие превосходит обычный титан: при комнатной температуре износостойкость выше в 2,5 раза, а при 600 °C — в 1,5 раза. Такие результаты важны для деталей, которые работают в условиях постоянного трения, нагрева и высоких нагрузок, поскольку именно эти факторы чаще всего приводят к быстрому износу материалов.

Кроме того, исследования подтвердили прочное сцепление покрытия с подложкой: оно не отслаивается от титана и не трескается. Это означает, что защитный слой сохраняет целостность даже при длительной эксплуатации и воздействии неблагоприятных условий, а значит, может быть использован в более ответственных и технологически сложных изделиях. Подобная адгезия особенно ценна для промышленности, где долговечность покрытия напрямую влияет на надежность всего узла или конструкции.

В дальнейшем ученые планируют адаптировать технологию для сложнолегированных титановых сплавов, что позволит использовать титан в новых областях и выпускать больше разных видов изделий. В перспективе это может открыть путь к созданию более прочных, термостойких и долговечных компонентов для авиации, машиностроения, энергетики и других высокотехнологичных отраслей. Если технология успешно пройдет этап адаптации, она сможет стать основой для широкого внедрения титановых материалов нового поколения.

Данное исследование было проведено при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках проекта № 25-29-20030. Поддержка фонда сыграла важную роль в реализации научной работы и создании условий для ее успешного выполнения. Полученные результаты могут быть использованы для дальнейшего развития исследовательского направления и последующих научных публикаций. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (проект № 25-29-20030), что подчеркивает значимость и актуальность данной работы. Таким образом, авторы выражают благодарность Российскому научному фонду за содействие в проведении исследования и вклад в развитие научного знания.

Источник и фото - ria.ru