Аспирант ОмГТУ создает новый материал для нанесения износостойких покрытий

Дать вторую жизнь изношенным деталям, продлив срок их службы, помогают изобретения политехников. Так аспирант второго года обучения направления подготовки «Технологии материалов» Иван Пономарев под руководством профессора Евгения Еремина уже несколько лет занимается исследованием структуры и свойств металлов, полученных наплавкой порошковой проволокой. Он создает новый состав, который обеспечит получение композиционных покрытий, превышающих по эксплуатационным свойствам лучшие мировые аналоги.

Достичь высоких эксплуатационных свойств получается при введении в состав порошковой проволоки мелкодисперсных частиц_.  Подобный подход при создании наплавочных материалов на основе дисперсионно-твердеющих сталей не имеет аналогов в российской и мировой литературе. Далее подробно о проекте.

Наплавка представляет собой нанесение дополнительного слоя металла на поверхность различных изделий и деталей посредством сварки. Данная процедура не только восстанавливает первоначальные свойства детали, но и придает ей дополнительные ценные характеристики. Она является одним из самых доступных и эффективных способов возвращать изношенным деталям работоспособность и чаще всего используется при ремонтных работах. Восстановлению подлежат: коленчатые валы, клапаны, ступицы колес, молотки дробилок, зубья ковшей, звенья гусениц, шнеки, прокатные валки, штамповый инструмент, детали паровых и гидравлических насосов и многие другие изделия в различных отраслях промышленности.

Суть процесса заключается во взаимопроникновении расплавленных материалов друг в друга, происходящем на молекулярном уровне. Для этого поверхностный слой основного изделия нагревается до расплавления на небольшую глубину, а проволока – до жидкого состояния. Основной металл обеспечивает необходимую конструкционную прочность, а слой наплавленного металла придает особые заданные свойства: износостойкость, жаростойкость, жаропрочность, коррозионную стойкость.

Получившееся соединение отличается высоким уровнем надежности. Основным достоинством технологии является возможность регулировать толщину данного слоя в значительных пределах и нанесение покрытий на элементы различной формы.

Разработка Ивана актуальна как для фундаментальной науки, потому что затрагивает изучение механизмов протекающих в сложных композиционных структурах, так и для предприятий, занимающихся восстановлением изношенных деталей, так как разработка направлена на создание материала с отличными технологическими свойствами, которые упростят  нанесение и последующую обработку покрытия. За счет высоких эксплуатационных свойств возрастёт надёжность механизмов и увеличится межремонтный интервал, что в конечном счёте приведет к снижению затрат на эксплуатацию машин и механизмов.

Иван Пономарев, аспирант ОмГТУ: «В настоящее время на производстве чаще всего применяют импортные проволоки, обеспечивающие во многих случаях достаточно высокое качество получаемого наплавленного металла. В то же время необходимость их закупки за границей и значительная стоимость этих материалов существенно увеличивают затраты такой технологии. В этой связи вопрос замены импортных наплавочных материалов на отечественные, имеющие более низкую стоимость, весьма актуален».

Автор проекта создает новый класс оптимальных по структуре и свойствам композиционных покрытий на основе дисперсионно твердеющей стали, получаемых наплавкой порошковой проволокой. Это металлический композит системы Fe-Mn-Mo-N, обеспечивающей повышенную износостойкость для изделий, работающих в агрессивных средах. Он изучает механизмы и процессы, имеющие место в покрытиях на основе дисперсионно-твердеющих сталей с использованием в качестве упрочняющих фаз комплекса карбидов, нитридов и металлидов бора и их роли в сопротивлении литого металла различным видам износа.

Применение гибридных композитов (одновременное введение нескольких наполнителей, которые выполняют различные функции) по словам исследователя существенно расширяет возможности создания материалов, способных направленно перестраивать структуру и свойства в зависимости от эксплуатационных нагрузок. 

В настоящее время на образцах покрытий с различной комбинацией, соотношением и концентрацией легирующих элементов ученым уже проведены многочисленные исследования. Это позволило автору проекта разработать новую проволоку, на состав которой получен патент. На выставке изобретений ISIF 19 в Турции исследование Ивана отмечено бронзовой медалью. Сейчас молодой ученый готовится к защите кандидатской диссертации и планирует внедрить свою перспективную разработку.