Учёные ЮУрГУ 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 Виталий Хижняк, Анастасия Дмитриева, Дмитрий Жеребцов, Андрей Рязанов, Денис Винник, Кирилл Пашкеев, Мария Самодурова. Результат опубликован в «Вестнике ЮУрГУ», в серии «Химия».
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», – говорит 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.