Учёные ЮУрГУ (вуз входит в Союз машиностроителей России) продолжают разрабатывать новые материалы, соединяя подчас неожиданные компоненты. На этот раз им удалось соединить стекло и алюминиевый сплав. Он может служить термобарьерным покрытием для поршней двигателей внутреннего сгорания, условия работы которых являются экстремальными.
Инновационное покрытие исследовали учёные Политехнического института ЮУрГУ, результат опубликован в «Вестнике ЮУрГУ» (https://doi.org/10.14529/chem250417).
Термобарьерные покрытия – это термостойкие слои, которые наносятся на детали двигателей, чтобы защитить их от перегрева. Они действуют как теплоизоляторы, уменьшая поток тепла от продуктов сгорания к металлическим частям. Это позволяет двигателю работать при более высоких температурах, повышая его КПД и снижая расход топлива. Традиционно такие покрытия делают из керамики.
Для создания нового материала из стекла и алюминия учёные применили метод детонационного напыления, при котором частицы порошка разгоняются до скорости 500-1000 метров в секунду – с помощью управляемого взрыва газовой смеси. Этот метод позволяет создавать плотные и прочные покрытия с минимальным количеством пор.
В экспериментах использовались алюминиевый сплав АК4 (содержит 91-94% алюминия) и обычное силикатное стекло. Применялся также алюминиевый сплав АК6, но характеристики такого покрытия получались хуже.
«Стекло само по себе достаточно хрупко, покрытие из него даёт трещины и шероховатости. Чистый алюминий при расплавлении склонен образовывать настыли – «застывшие сосульки», что для покрытия тоже не желательно. Алюминий и стекло вместе действуют синергетически: стекло, расширяя спектр излучения в газовой струе, помогает расплавить алюминиевые частицы, а алюминий, связывая частицы стекла, гарантировал прочность», – комментирует старший научный сотрудник Политехнического института ЮУрГУ, доктор химических наук Дмитрий Жеребцов.
Учёным удалось получить и нанести на образец покрытие толщиной 1,34 миллиметра. При этом покрытие получилось ровным, гладким и низкопористым (1-2% пористости).
Технология поможет увеличить КПД двигателей, снизить расход топлива, сделает их устойчивыми к термическим нагрузкам. Учёные планируют и далее работать над оптимизацией состава покрытия. Есть гипотеза, что покрытие, состоящее на 60-80% из стекла и 40-20% из металла, приведёт к оптимальному сочетанию пластичности и термостойкости материала.