Массаж для аэрокосмической техники: ученые Самары и Санкт-Петербурга разработали технологию лазерной обработки конструкционных материалов

Эксперименты проводили на установке с неодимовым лазером. Фото: Олеся Орина

Российские ученые разработали технологию, которая позволяет с помощью лазерной обработки увеличивать прочность металлических материалов, используемых в авиационной и космической технике. Короткие и мощные лазерные импульсы улучшают их состояние, уменьшают вероятность появления трещин и других деформаций в ходе эксплуатации. Экспериментальное исследование провели ученые Самарского университета им. Королева и Института электрофизики и электроэнергетики РАН.

Продление срока службы

Металлические конструкционные материалы, которые используются в авиации и космосе, в процессе эксплуатации испытывают экстремальные нагрузки. Из-за этого уменьшается их срок службы и безопасность полетов. Чтобы продлить им жизнь, важно увеличивать прочность материалов при производстве новых узлов и деталей и при ремонте устройств и летательных аппаратов.

«Научная работа посвящена исследованию лазерной ударной обработки конструкционных материалов с помощью мощных наносекундных лазерных импульсов. С помощью этой технологии получается уменьшить поверхностные микроповреждения и увеличить сопротивление росту трещин. В ряде случаев твердость микроструктуры материала может увеличиться на 20%», – рассказал заведующий кафедрой эксплуатации авиационной техники Самарского университета Георгий Макарьянц.

По словам ученого, эффект упрочнения достигается благодаря механической деформации. Она возникает в результате ударной волной от лазерного импульса из-за быстро расширяющейся плазмы в области пятна облучения. Ударная волна создает микровпадины глубиной несколько микрометров, также образуются сжимающие напряжения. Это делает материал прочнее, чем он был изначально.

Фундаментальное значение

Эксперименты проводили на установке с неодимовым лазером. Использовались мощные наносекундные лазерные импульсы. Плотность энергии варьировалась в диапазоне от 20 до 32 Дж/кв.см. Анализировали различия между исходными материалами и обработанными излучением. Для этого применяли растровый электронный микроскоп и оптический профилометр, измеряющий шероховатость поверхности.

Удалось подробно рассчитать лазерные параметры обработки конструкционных материалов, которые позволяют добиться необходимой плотности мощности лазерного излучения. Были получены практические результаты лазерного ударного упрочнения меди и алюминиевого сплава при различных плотностях энергии и при наличии и отсутствии защитного покрытия на материалах.

«Используя расчетные данные, можно добиться оптимального эффекта лазерной ударной обработки. Результаты этого исследования имеют, конечно, по большей части фундаментальное значение. Однако их можно использовать для создания промышленной технологии и применения на производстве авиационной и космической техники», – объяснил Георгий Макарьянц.

Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.

К ЧИТАТЕЛЯМ

Узнавайте новости первыми, подпишитесь на наш телеграм-канал и канал в МАХ

Обсуждаем новости в нашем канале ВК. Подписывайтесь и оставайтесь на связи

Хотите больше историй и видео? Подпишитесь на наш дзен-канал