Об этом шла речь на очередном заседании открытого научного семинара «Управляемый термоядерный синтез и плазменные технологии», организованного в Госкорпорации «Росатом» под руководством проф. В.И. Ильгисониса. Учеными Госкорпорации «Росатом», НИЦ «Курчатовский институт», организаций Минобрнауки России проводятся научно-исследовательские работы, направленные на изучение взаимодействия материалов и сплавов с компонентами плазмы и электромагнитным излучением различного вида для придания материалам новых качественных свойств. «Изюминкой» таких работ, выполняемых в рамках федерального проекта «Термоядерные и плазменные технологии», является комбинация различных физических воздействий на материалы, объединенных в едином технологическом процессе.
В частности, специалисты НИЦ «Курчатовский институт» – ведущий научный сотрудник Владимир Базылев и начальник лаборатории технологий нанесения покрытий Олег Обрезков рассказали о разрабатываемой ими технологии нанесения специализированных покрытий на материалы, используемые в технологическом оборудовании, производстве деталей энергетических машин, механизмов и узлов для различных отраслей промышленности, в том числе и для медицины.
Чтобы придать покрытиям уникальные свойства, ученые и инженеры Курчатовского института решили использовать идею совмещенных технологий – плазменного осаждения и ионно-пучкового воздействия в импульсном режиме (эффект синергизма).
«В этом году мы планируем запустить установку совмещенных технологий ˮТандемˮ, включающую генераторы плазмы и источник ионов. В ней технологические процессы разнесены в пространстве, но в определенный момент потоки смешиваются и происходит совместное воздействие на поверхность изделия. Одна из первых областей применения данной технологии – в кардиостимуляторах, где жизненно важно получить определенные свойства поверхностей электродов. Специально для использования в медицине мы разрабатываем установку ˮМикромедˮ, производительностью не менее 500 штук за одну загрузку. Кроме этого, для создания упрочняющих покрытий особо нагруженных изделий и инструментов мы разрабатываем установку ˮКремень-2ˮ», – поделился планами Олег Обрезков.
Как отметил эксперт, изготовление установок и их испытания проходят в тесной кооперации с ПАО «НПО «САТУРН» и НМИЦ им. А.Н. Бакулева, соответственно. До 2024 года Курчатовский институт планирует ввести «Тандем», «Микромед» и «Кремень-2» в эксплуатацию.
Многократно увеличить прочность, износостойкость и коррозийную стойкость материалов можно также с помощью комбинированного воздействия импульсных потоков высокотемпературной плазмы и лазерного излучения. Об этом рассказал руководитель проекта АО «ГНЦ РФ ТРИНИТИ» Антон Кутуков. Он отметил, что с помощью нагрева поверхностного слоя материала до температуры плавления со скоростью 10⁷-10⁹ К/с, внедрения в нагретый слой вещества плазмы и охлаждения материала со скоростью до 10⁸ К/с можно достигнуть рекристаллизации материала с образованием псевдоаморфного слоя.
«В ходе экспериментов после обработки материалов на импульсных плазменных установках, мы зафиксировали многократное улучшение свойств поверхности. Исследования показали, что толщина модифицированного слоя зависит от свойств материала и длительности импульса, максимальная толщина достигает до 150 мкм», – подчеркнул Антон Кутуков.
Кроме это, в ГНЦ РФ ТРИНИТИ провели эксперименты, позволяющие увеличивать прочность деталей с помощью воздействия мощных лазерных импульсов. При эксплуатации высоконагруженных деталей, к числу которых, в частности, относятся лопатки газотурбинных двигателей, важен целый комплекс свойств, обеспечивающих необходимый ресурс работы изделия. Примененная в ГНЦ РФ ТРИНИТИ техника обработки продемонстрировала кратное (до 20 раз) увеличение усталостной прочности материала, что весьма актуально для активного развития отечественной авиации. До 2024 года в Троицком институте, помимо имеющегося стенда лазерного наклёпа, планируют создать ещё одну установку с улучшенными характеристиками использования, где будет проводиться обработка буровых долот, протезных суставов, сварных швов.
В Институте общей физики им. А.М. Прохорова (ИОФ РАН) провели ряд экспериментов по инновационному синтезу микро- и наночастиц с контролируемым составом и структурой в микроволновом разряде с использованием СВЧ-излучения. Разрабатываемая технология имеет широкую перспективу, т.к. может быть применена к самым различным субстратам. При этом стоимость создаваемых таким способом катализаторов существенно ниже традиционных – на основе платины и палладия – за счет снижения доли дорогих металлов.
«Использование сильно неравновесных процессов в синтезе – новое перспективное направление современного материаловедения. Новая технология позволяет получать носители в микродисперсном состоянии с заданными свойствами поверхности, равномерное нанесение и распределение металла по поверхности носителя, а также регенерировать отработанный катализатор (реактивировать закоксованные поверхности)», – прокомментировал представленные результаты заведующий теоретическим отделом ИОФ РАН Намик Гусейн-заде.
Подводя итоги заседания, руководитель семинара Виктор Ильгисонис отметил, что все представленные для обсуждения технологии потенциально востребованы на российском рынке. Участникам работ он рекомендовал подготовить программы коммерциализации предложенных технологических решений после прохождения этапа НИОКР. В сегодняшних условиях, когда возможности импорта резко сократились, промышленники будут крайне заинтересованы в разработках отечественных учёных.
Представленные на семинаре работы выполняются в рамках федерального проекта «Термоядерные и плазменные технологии» комплексной программы «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в РФ на период до 2024 года».