Сотрудники Красноярского научного центра СО РАН при
поддержке коллег из Москвы разработали технологию повышения твердости стальных
изделий с помощью лазера. Учёным удалось найти такой баланс мощности, при
котором металл не плавится, коэффициент трения уменьшается, а прочность
возрастает, сообщила пресс-служба исследовательского центра.
Обычно для увеличения твёрдости применяют технологию
легирования, то есть добавления в сталь примесей. По мнению учёных, метод можно
улучшить, если использовать такие наноуглеродные материалы, как фуллерен,
графен или наноуглеродные трубки, и лазер для обработки поверхности. Преимущество
лазера в бесконтактной, быстрой и строго дозированной передачи энергии на
обработанную поверхность металла.
В качестве наноматериала использовали сажу, которая
получается при производстве фуллеренов в дуговом разряде с графитовыми
электродами. Исследователи зафиксировали зависимость прочности образца от
энергии лазерного воздействия с максимумом в области 100 — 150 Джоулей на
квадратный сантиметр. Такая энергия в несколько раз превышает энергию пламени
газовой конфорки, необходимую для кипячения одного литра воды.
Ученым удалось подобрать такие мощности, при которых
поверхность металла не плавится и в то же время наблюдается значительное
увеличение его прочности. Как правило, твердость материала была максимальна в
центре зоны воздействия пучка лазера и уменьшалась к краям. Неоднородное
распределение твердости усиливало износостойкость поверхности, поскольку
металлический сплав, образованный из мягкого основания и жестких включений,
имел меньший коэффициент трения.
После обработки лазером твердость железа, покрытого
наноструктурированным углеродом, увеличилась более чем в пять раз по сравнению
с наиболее распространенной технической сталью. Коэффициент трения усиленного
материала оказался на 20-30% ниже, чем у исходных образцов технического железа
в условиях сухого контакта поверхностей. Поверхностное армирование стали
позволяет повысить прочность и эксплуатационные свойства деталей машин и
инструментов, работающих в условиях износа и контактных нагрузок.
