Исследователи Института сильноточной электроники СО РАН (Томск) разработали комбинированную технологию обработки поверхности металлических изделий, которая позволяет эффективно решить проблему образования микрократеров, снижающих качество готовой продукции — штампового инструмента и изделий медицинского назначения. Для новой технологии, которая объединяет в одном цикле очистку дуговым разрядом и упрочнение электронным пучком, были отработаны новые режимы работы источника электронов в вакуумной электронно-пучковой установке «СОЛО», созданной в ИСЭ СО РАН.
«Нередко на поверхности материалов, подвергаемой электронно-пучковой обработке, имеются небольшие включения, отличающиеся от основной поверхности изделия теплопроводностью и температурой плавления. При воздействии электронных пучков из-за неравномерного нагрева и испарения таких включений на их месте образуются микроскопические кратеры. Поэтому перед электронно-пучковой модификацией поверхности ее нужно подготовить, выжечь все загрязнения и включения с помощью дугового разряда, который инициируется самим электронным пучком», — рассказывает руководитель проекта, научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники ИСЭ СО РАН кандидат технических наук Сергей Юрьевич Дорошкевич.
Он поясняет, что раньше этот процесс осуществлялся поэтапно: сначала очистка, затем модификация изделия, для чего оно перемещалось в другую вакуумную камеру или установку, что требовало больше времени, увеличивало расход энергии и материалов. Теперь впервые всё происходит в течение одного рабочего цикла в одной вакуумной камере. Технология не только упрощает производственный процесс, снижая затраты, но и повышает качество обработанной поверхности.
Важнейшим элементом вакуумной электронно-пучковой установки «СОЛО», на которой проходят исследования, является источник электронов. Ученые предложили новый режим его действия, когда на обрабатываемой мишени горит дуговой разряд и одновременно происходит генерация электронного пучка. Это подразумевает исследование эмиссионных свойств плазменного катода при наличии плотной анодной плазмы — она создается как самим электронным пучком за счет ионизации им рабочего газа, так и вспомогательным дуговым разрядом на поверхности мишени, что и является основным результатом проекта в части генерации электронного пучка.
Эксперименты по апробации комбинированной технологии с использованием нового источника электронов показали хорошие результаты. Перед учеными стоит задача применить ее для увеличения износостойкости поверхности конкретных изделий: наиболее ответственных деталей машин, пар трения, узлов и инструмента для предприятий атомной, авиакосмической и нефтегазовой промышленности, а также на инструментальных участках машиностроительных производств.
Исследование выполняется при поддержке РНФ (проект № 25-19-00745).
Ольга Булгакова, пресс-служба ТНЦ СО РАН
Фото Петра Каминского
