Российские ученые сообщили об успешной разработке безызносной стали
Группа ученых из МГТУ им. Н.Э. Баумана, Института машиноведения им. Благонравова РАН и Всероссийского института авиационных материалов разработали способ сделать сталь такой прочной, что приборы не могут зафиксировать ее износа. Фактически срок механических деталей машин может быть увеличен в 10 раз, интенсивность изнашивания деталей снижается в 100 раз. Проекты по разработке новых материалов финансируют Минобрнауки и внебюджетные фонды в общем объеме на 250 млн рублей.
«Эффект безызносности» стал достигаться благодаря формированию на ее поверхности особого защитного слоя из атомов азота и других элементов, по сути сталь пропитывают этими частицами в аммиачной атмосфере.
— Образующийся слой обладает эффектом практической безызносности. Потеря массы образцов находится на пределе чувствительности регистрирующей аппаратуры. Расчеты показывают, что долговечность одного этого слоя достаточна для обеспечения небывалого ресурса многих узлов и механизмов, например форсунок двигателей, распределительных валов, шестерней, — заявил ведущий инженер-конструктор инжинирингового научно-образовательного центра «Новые материалы, композиты и нанотехнологии» МГТУ им. Н.Э. Баумана и ФГУП «ВИАМ» Вадим Ступников.
Азотирование давно применяют в промышленности: этот способ повышения прочности поверхности металла был открыт еще в начале прошлого века, но в МГТУ гордятся тем, что придали ему беспрецедентное совершенство. Секрет заключается в особом режиме ионно-плазменного азотирования и особом термическом режиме обработки. Разработчики подали заявку на патент и обнаружили, что как минимум три группы ученых работают в этом же направлении и пытаются получить в собственность патент на похожую технологию. Но сопоставимых итогов испытаний никто из них не добился.
— Два месяца назад мы заправили полученный образец в испытательную машину, где происходит длительное трение материала о специальную поверхность. Спустя три месяца он не стерся ни на микрон. В отчетах о подобных испытаниях обычно пишут, что за такое-то время произошло стирание на столько-то сантиметров, нам писать было нечего, — говорит Ступников.
Разработчики подчеркивают, что испытания металла проходили в соответствии с государственными стандартами, а сталь для испытаний подобрали самую распространенную — марки 38Х2МЮА.
Впрочем, создать вечный механизм из нового материала не получится, так как речь идет об изменении лишь поверхностного слоя толщиной в 20–50 нм. Даже микроскопический скол поверхности превратит азотированную сталь в обычную. Кроме того, азотированный металл, как и любой другой, подвержен коррозии, естественному старению.
Разработчики говорят, что внедрение технологии в производство будет недешевым удовольствием (потребуется существенное изменение в технологической цепочке, переоснащение производства и переобучение персонала), но тем не менее рассчитывают, что технологию приобретут несколько крупных российских компаний.
Специалисты в области материаловедения готовы поверить в необычные свойства нового покрытия, но в абсолютной износостойкости сомневаются.
— Если даже возьмете алмаз и попытаетесь поцарапать его поверхность, то обнаружите, что несколько атомов снялось с его поверхности, но зафиксировать это может не любая аппаратура. Сейчас во всех механизмах применяют азотирование, либо хромирование, либо силицирование. Я не исключаю, что разработчики смогли создать технологию близкую к идеалу. Возможно, они улучшили существующие показатели в десятки раз. Многие работают в этом направлении, — говорит директор Института новых материалов и нанотехнологий национального исследовательского технологического университета «МИСиС» Сергей Калошкин.
В Институте физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина РАН тоже ждали прорыва в этой области, но говорят, что его необходимо подтвердить в независимых лабораториях.
— Действительно, у них, может быть, получилась интересная наноуглеродная структура. В этом нет нобелевского открытия, но и лженауки тоже нет. Я думаю, это интересный проект, о внедрении которого можно будет говорить в будущем. Но для этого необходимо предоставить образцы на исследования в несколько независимых лабораторий, чтобы они подтвердили эти свойства. Иначе продать технологию вряд ли получится, — резюмировал заместитель директора института по научной работе Вадим Бражкин.
