«Умные» авиационные покрытия
Ученые Института физики прочности и материаловедения СО РАН и Исследовательского центра им. М.В. Келдыша разработали наноструктурные покрытия для сопел ракет и ответственных деталей боевых самолетов нового поколения.
Температура плазмы, которая проходит через ракетное сопло, составляет свыше 10000оС. В природе не существует материалов, которые бы выдерживали такую температуру. Самый высокотемпературный металл – вольфрам – плавится при температуре более 3400оС, не выдерживает такого сильного нагревания и керамика. По словам академика Виктора Панина, сегодня перед космической отраслью стоит задача по созданию кораблей многоразового использования, которые смогли бы полететь на другие планеты. Они должны иметь высокий ресурс работы. Томским и московским разработчикам удалось создать новейшие композиционные материалы, выдерживающие очень высокие температуры.
В Исследовательском центре им. М.В. Келдыша находится мегаплазматрон, где в лабораторных условиях испытывают старые и новые покрытия для сопел ракет. Покрытия предыдущего поколения – это стандартные, термодинамически стабильные материалы на керамической основе, наносимые на металлическую подложку. Подложка и покрытие имеют различные коэффициенты термического расширения, и при воздействии на них плазменной струи керамическое покрытие начинает «трещать» и отслаиваться. При той же самой обработке плазменной струей новое многослойное наноструктурное покрытие не портится, и, что очень важно – ресурс его работы в десятки раз больше. Причем при выключении плазмы покрытие способно восстанавливаться! Как известно, наноструктурные материалы – «умные» материалы. Их уникальное свойство – способность к восстановлению. Новое покрытие выдержало 100 циклов обработки (один цикл – включение-выключение плазмы).
Аналогичная работа ведется томскими учеными вместе со специалистами ОКБ Сухого. Здесь новейшие материалы используются для нанесения на лопатки газовых турбин боевых самолетов. Кроме того, многослойные наноструктурные покрытия способны продлевать жизнь ответственных деталей и сварных соединений в истребителях. Как правило, подобные самолеты оснащены боевыми ракетами. Когда они выстреливаются, создается мощный импульс на конструкцию истребителя. Самолет сильно вибрирует, и это постепенно приводит к усталостным разрушениям фюзеляжа. Благодаря новым покрытиям увеличивается износостойкость, долговечность и усталостная прочность ответственных деталей и сварных соединений авиационной техники 5-го поколения. Например, долговечность сталей типа ЭП310-Ш повышается в 1,5-2 раза, сварных соединений высокопрочной легированной стали ВКС-12 – в 1,5-1,8 раза, алюминиевого сплава В96 – в 10 раз.
