Новое решение проблемы образования микрократеров при обработке поверхности электронным пучком
Сотрудники Института сильноточной электроники СО РАН 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 создания 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», разработанной 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 данных включений на их месте образуются микроскопические кратеры. Поэтому перед электронно-пучковой модификацией поверхности её нужно подготовить, выжечь все загрязнения и включения с помощью дугового разряда, который инициируется самим электронным пучком», — рассказал руководитель проекта, научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники ИСЭ СО РАН кандидат технических наук Сергей Дорошкевич.
Раньше этот процесс осуществлялся поэтапно, пояснил он: 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 всё это впервые происходит в течение одного рабочего цикла в одной вакуумной камере. Технология «два в одном» 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. Его можно сравнить с концертным роялем, на котором можно исполнять как привычную классику, так и авангард, экспериментируя с режимами работы источника.
Предложен новый режим работы, 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, которая создается как самим электронным пучком за счёт 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 учёными стоит задача применить её 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).
Источник: пресс-служба Томского научного центра СО РАН.
