Специалисты Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН работают над созданием инновационных электропроводящих композиционных материалов и покрытий. Проект, поддержанный Российским научным фондом, ставит перед исследователями амбициозную цель — получить материалы, способные повысить износостойкость узлов транспортной отрасли и улучшить характеристики промышленных компонентов. Потенциал таких материалов огромен, особенно они подойдут для изготовления скользящих контактов, а также деталей железнодорожного транспорта, таких как элементы токоприемников для метро, троллейбусов, трамваев и электричек.
В основе исследования лежит разработка композитов на медной основе, обогащенных графитом. Как поясняет руководитель проекта, научный сотрудник лаборатории физики многофазных сред ИТПМ СО РАН кандидат химических наук Томила Максимовна Видюк, добавление графита призвано улучшить антифрикционные свойства материалов. «Графит существенно снижает коэффициент трения композитов на основе меди, что, в свою очередь, должно повысить износостойкость, позволяя материалам служить значительно дольше», — отмечает исследовательница. Для улучшения смачиваемости графита медью в композит вносится третий компонент — никель или титан.
В проекте используются две технологии для получения новых материалов. Первая — электроискровое спекание, при котором порошок помещается в пресс-форму, подвергается механическому давлению и одновременному воздействию электрического тока. Высокая температура, возникающая в процессе, вызывает спекание порошка, формируя готовый материал. Сегодня исследователи получают таблетки диаметром 20 мм и толщиной около 4 мм, но технология масштабируема для производства промышленных образцов.
Вторая технология — холодное газодинамическое напыление. Метод заключается в разгоне порошка воздухом или азотом до сверхзвуковых скоростей и его последующем соударении с подложкой. Частицы закрепляются на поверхности, наращивая покрытие. Этот процесс позволяет создавать износостойкие покрытия, что открывает новые перспективы для модификации деталей.
«В настоящее время мы уделяем около 90% времени электроискровому спеканию, но уже в ближайший месяц планируем начать активные эксперименты с напылением, — делится планами Томила Видюк. — Наша цель — получить материалы, которые превосходят существующие аналоги по своим характеристикам: сниженный коэффициент трения, повышенная износостойкость, увеличенный срок службы и улучшенные механические свойства».
В рамках проекта также исследуются медно-графитовые композиты, содержащие карбид вольфрама, чрезвычайно твердый компонент. Эти материалы, сочетающие электропроводность и высокую твердость, могут найти применение в электродах для сварки сопротивлением и электроэрозионной резки.
«Суть нашей работы заключается в создании композиционных частиц, где все исходные компоненты — медь, графит, вольфрам — находятся в пределах одной частицы, — рассказывает Томила Видюк. — Мы достигаем этого путем обработки смеси порошков в шаровой мельнице. Частицы затем подвергаются реакционному электроискровому спеканию, в результате чего синтезируется упрочняющая фаза карбида вольфрама и формируется готовый объемный материал».
Полученные материалы проходят разносторонние испытания: определяются их твердость, электропроводность, коэффициент трения и износостойкость. Первые результаты подтверждают, что материалы обладают улучшенными по сравнению с существующими аналогами характеристиками.
Разработки ученых ИТПМ СО РАН открывают путь к созданию новых материалов, которые могут найти широкое применение в различных высокотехнологичных отраслях, от транспорта до тяжелой промышленности, повышая эффективность и долговечность изделий.
Проект выполняется в рамках гранта РНФ № 25-79-00253.
Автор: Никита Каньшин, пресс-служба ИТПМ СО РАН
Информация предоставлена Управлением по пропаганде и популяризации научных достижений СО РАН
Источник фото: ru.123rf.com
