Перейти к основному содержанию

В Екатеринбурге предложен новый метод синтеза защитных покрытий для изделий машиностроения и биомедицины

УрФУ
© УрФУ

Учёные добились повышения энергоэффективности процесса и улучшили качество получаемых нанокомпозитов.

В среду, 4 мая, стало известно, что исследователи Уральского федерального университета (УрФУ, участник консорциума «Недра») и Института электрофизики Уральского отделения Российской академии наук (УрО РАН) предложили новый метод получения четырёхкомпонентных нанокомпозитных покрытий TiSiCN (титан, кремний, углерод, азот). Эти композиты нужны для защиты лопаток газотурбинных двигателей, используемых в авиастроении и машиностроении. Кроме того они актуальны при обработке поверхностей металлорежущего инструмента, а также медицинских протезов и имплантатов, сообщает пресс-служба УрФУ.

Более высокую эффективность по сравнению с существующими технологиями даёт использование метода плазмохимического разложения. Он позволяет обойтись без высокотемпературного нагрева и сложного дополнительного оборудования. Для создания многокомпонентной активной среды используется только газоразрядное устройство с полым катодом и активным анодом. При этом обеспечивается соответствие всем требуемым характеристикам по качеству. По ряду параметров они даже превышены.

«В сравнении с вакуумно-дуговым методом, преимуществом является отсутствие микрокапель, ухудшающих качество покрытий.

В отличие от магнетронного распыления, наш метод обеспечивает более высокие скорости осаждения, высокую плотность потока ионов, необходимую для формирования плотных и качественных покрытий.

Если сравнивать с химическим методом, то преимущество состоит в использовании безопасных с точки зрения экологии и вреда здоровью, доступных и недорогих компонентов.

Главным достоинством метода, на наш взгляд, является возможность независимо и в широких пределах управлять практически всеми условиями синтеза, а, следовательно, составом и свойствами получаемых покрытий, что дает возможность получать пленки с требуемыми характеристиками» — рассказал сотрудник базовой кафедры электрофизики УрФУ, научный сотрудник института электрофизики УрО РАН Андрей Меньшаков.

По словам учёного, в процессе синтеза нанокомпозитных покрытий методом плазмохимического разложения используются кремнийорганические прекурсоры — летучие малотоксичные жидкости, содержащие связи SiC (кремний, углерод) и SiN (кремний, азот). Для синтеза нанокристаллической фазы, состоящей из кристаллов TiN (титан, азот), TiC (титан, углерод) или TiCN (титан, углерод, азот), в газовую среду прекурсора добавляется титан путем его испарения электронным потоком из плазмы.

«Таким образом, мы создаем активную парогазовую среду, состоящую из продуктов разложения кремнийорганических молекул и паров титана, и из компонентов этой смеси на обрабатываемой поверхности формируется покрытие» — пояснил Андрей Меньшаков.

В настоящее время учёные работают над подбором индивидуальных параметров синтеза защитных покрытий в зависимости от характеристик покрытия, необходимых для того или иного конечного изделия.

Напомним, исследователи Казанского федерального университета совместно с коллегами из инженерно-внедренческого центра «Инжехим» и научно-технологического центра «Ахмадуллины» разработали импортозамещающую технологию получения суперконструкционного полимера полифениленсульфида (ПФС). Это высокомолекулярный термоотверждающийся термопласт, обозначающийся на мировом рынке как PPS. Обладает высокой термостойкостью, совместимостью с фтороуглеродными полимерами, хорошей адгезией к металлам. Кроме того, он устойчив к агрессивным средам.

Деятельность Консорциума университетов «Недра» осуществляется в сотрудничестве с Международным центром компетенций в горнотехническом образовании под эгидой ЮНЕСКО.