Image

"Результат был крайне неожиданным и даже несколько пугающим" © В Тольяттинском государственном университете неожиданно получили стишовит - «космический» сверхплотный минерал.

«Космический» сверхплотный минерал получился в обычных условиях окружающей среды. Аморфные наночастицы кремнезёма при плазменно-электролитическом оксидировании (ПЭО) кратно повысили свойства защитного слоя на алюминиевом сплаве и превратились в сверхплотные твёрдые частицы стишовита.

Для объяснения и прогнозирования его образования учёными России и Израиля была разработана новая количественная теория ударного взаимодействия наночастиц c оксидным слоем.

Плазменно-электролитическое оксидирование (ПЭО) – современная технология электрохимической обработки сплавов на основе алюминия, магния и титана, позволяющая создавать на поверхности изделий защитный керамический оксидный слой. Такой слой нельзя назвать в полном смысле покрытием, поскольку в его формировании участвует как сам обрабатываемый материал, так и вещества из электролита.

Такое «покрытие» может иметь многократно более высокие механические, теплозащитные и антикоррозионные свойства, чем основной сплав, и защищать его от повреждений при работе в экстремальных условиях. Технологию отличают высокая экологичность и простота организации процесса. Из-за сочетания хороших механических свойств и малой плотности алюминиевые и магниевые сплавы широко используют в машиностроении, в том числе авиа- и автомобилестроении, а также в судостроении.

Однако их поверхность для многих задач оказывается недостаточно износо- и коррозионностойкой. ПЭО позволяет решить большой круг задач по обеспечению необходимых свойств поверхности лёгких сплавов, но часто требуются ещё более высокие свойства для работы изделий в агрессивных средах и в экстремальных условиях изнашивания. Также остаётся проблемой невысокая производительность ПЭО.

Международный коллектив учёных из Тольяттинского государственного университета (ТГУ) под руководством профессора, главного научного сотрудника, доктора физико-математических наук Михаила Криштала при участии ведущего научного сотрудника Израильского Политехнического Института (Технион) физика-теоретика Александра Кацмана модифицировал технологию ПЭО, введя в электролит аморфные наночастицы кремнезёма (диоксида кремния SiO2).

Многочисленные эксперименты в обычных условиях окружающей среды показали, что частицы с размерами от 20 до 40 нм при ПЭО превращаются в сверхплотную (на 60% плотнее кварца) модификацию кремнезёма – стишовит – и фиксируются в оксидном слое. Стишовит был открыт в 1961 году академиком РАН Сергеем Михайловичем Стишовым, в честь которого и получил своё название. Уникальность стишовита состоит в том, что он формируется только в условиях сверхвысоких давлений (80–120 тыс. атмосфер) и температур, выше 500 ºС. Содержащие стишовит породы находятся на недоступных для человека глубинах Земли в несколько сотен километров и редко встречаются на её поверхности в метеоритных и вулканических кратерах. Высокая твёрдость минерала (до 9,5 единиц по минералогической шкале Мооса, что чуть ниже твёрдости алмаза – 10 по шкале Мооса) делает его перспективным для создания твёрдых материалов и покрытий.

– Известно, что многие керамические частицы, попадая в электролит, могут адсорбировать электроны на своей поверхности и, таким образом, заряжаются отрицательно. Эти заряженные частицы попадают в парогазовые пузырьки (ПГП), образование которых в микропоровых каналах предшествует зажиганию и горению микродуговых разрядов при ПЭО. Электрическое поле может разогнать заряженные частицы в таких пузырьках до очень больших скоростей, в несколько раз превышающих скорость звука (до 1000 м/с и более). Столкновение быстродвижущихся заряженных наночастиц с поверхностью более твёрдого оксидного слоя приводит к самым разным эффектам. При неупругом (или частично упругом) столкновении кинетическая энергия частиц преобразуется в энергию деформации сжатия, нагревания частицы и/или в кинетическую энергию отскочившей частицы, обеспечивая различные сценарии взаимодействия в зависимости от размера частицы, – поясняет ведущий научный сотрудник Техниона Александр Кацман.

Разработанная модель позволяет прогнозировать значительное увеличение эффективности процесса ПЭО в присутствии наночастиц в электролите, изменение структуры и состава керамического слоя, улучшение защитных и механических свойств «покрытий». При обработке алюминиево-кремниевого сплава добавка всего 3 грамм наночастиц на литр электролита повышает износостойкость образующегося керамического слоя в 1,5 раза, термическое сопротивление в 4 раза, толщину – более чем в 1,5 раза.

– Размер частиц данного типа имеет определяющее значение для сценария их взаимодействия с поверхностью оксидного слоя, – подчёркивает руководитель проекта главный научный сотрудник ТГУ Михаил Криштал. – Поскольку в электролит невозможно ввести частицы строго определённого размера, в действительности одновременно добавляются разные по величине частицы в определённом диапазоне размеров. Поэтому одновременно могут реализоваться сразу несколько сценариев их взаимодействия – от упругого отскока обратно в электролит до превращения в фазы высокого давления, такие как стишовит, или даже расплавления и химического взаимодействия с металлом основы. Все эти сценарии реализуются при размере наночастиц от 10 до 100 нм.

Стоит отметить, что с частицами большего размера такие интересные эффекты недостижимы. Более того, микрочастицы внедряются в керамический слой при ПЭО совсем по другому механизму – просто осаждаясь на поверхность в результате электрофореза. Ударный сценарий появления наночастиц стишовита очень похож на сценарий космической катастрофы – к подобным эффектам приводит мощный удар метеорита о землю. Только вместо гравитации наночастицы разгоняются электрическим полем. Само по себе ПЭО с точки зрения физики представляет собой циклический процесс, при котором последовательно реализуются самые разные физические механизмы – от формирования парогазовой фазы до микродугового разряда и его гашения. Внедрение наночастиц превращает такой процесс в ещё более сложный, гибридный, добавляя новые механизмы и эффекты, позволяющие, в частности, контролировать длительность горения дуги и таким образом увеличивать производительность всего процесса ПЭО. Одновременно работает и физика плазмы, и физика высокого давления в наномасштабе, и электрохимия.

Впервые учёные из Тольяттинского государственного университета обнаружили стишовит в керамическом слое, формируемом на поверхности алюминиевого сплава при ПЭО с добавками аморфных наночастиц, ещё в 2014 году. Однако потребовалось почти 8 лет, чтобы устойчиво воспроизвести и экспериментально доказать этот результат, а также создать теорию, адекватно объясняющую его и предсказывающую другие эффекты взаимодействия наночастиц с оксидным слоем, формируемым при ПЭО.

– Результат был крайне неожиданным и даже несколько пугающим, так как до нас такие эффекты никто в литературе не описывал. Открыть новую фазу в материале или переход в неё известного вещества – большая удача. И хотя мы были относительными новичками в этой области, мой научный руководитель профессор Михаил Михайлович Криштал поверил в этот результат и ухватился за него, как никто другой понимая его важность, новизну и уникальность. Мы опубликовали работу в Докладах Академии наук. Этот результат также стал частью моей кандидатской диссертации, – рассказывает ведущий научный сотрудник ТГУ, кандидат технических наук Антон Полунин. – С тех пор мы работали как над повторением выявленного эффекта, изучением его границ, так и, главное, над разработкой теоретической базы, модели, которая объясняла бы выявленный феномен, позволяла прогнозировать его возникновение и управлять им. И наконец нам это удалось.

Разработанная теория показывает, что физические свойства частиц, так же, как и их размер, играют решающую роль в сценарии взаимодействия наночастиц с керамическим слоем. В предыдущей публикации международного коллектива учёных представлены результаты исследований эффектов, связанных с добавками в электролит наночастиц карбида титана. Они, в отличие от аморфных частиц кремнезёма, твёрже получаемого оксидного слоя. Поэтому при определённом размере для них характерно химически инертное взаимодействие со слоем, при котором они его просто пробивают, как наноснаряды, внедряясь в слой на глубину, соизмеримую с их размером. Этот эффект также объясняется в рамках разработанной теории.

Исследования выполнены при поддержке Российского научного фонда и Министерства науки и высшего образования РФ (госзадание на научные исследования) и будут опубликованы 15 июля 2022 года в журнале Surface and Coatings Technology. Это один из ведущих мировых журналов в области инженерии поверхности и технологий покрытий (входит в Web of Science Core Collection, импакт-фактор – 4,16). В электронном виде статья уже доступна.

Surf. Coat. Technol. публикует всего 18 % поступающих в редакцию научных работ. Сам факт новой публикации указывает на то, что наука может и должна оставаться вне политики, а геополитическая ситуация далеко не всегда влияет на эффективность взаимодействия учёных в рамках фронтирных научных исследований и публикационную политику ведущих журналов.




#Тольятти #ТППТольятти #ТППТ #бизнес_вТольятти #членыТППТольятти #предпринимателиТольятти
Отдел по связям с общественностью ТПП г. Тольятти

Публикация подготовлена в системе Public.RBGmedia

Image

Бренд EKF и ГК ФСК делают жилье цифровым

Почти 2 тыс. умных реле бренда EKF установлены в ЖК «1-й Лермонтовский», который ГК ФСК реализует под брендом 1-й ДСК. Эта значимая сделка подчеркивает стратегическое партнерство между компанией «Электрорешения», официальным представителем бренда...

Image

Руководитель Национального агентства обозначил механизмы сближения НСК стран ЕАЭС

26 июня генеральный директор Национального агентства развития квалификаций Алексей Вовченко выступил на тематической сессии «Единый рынок труда: вызовы и перспективы» Евразийского экономического...

Image

Дипломы и ценные призы вручены победителям регионального этапа конкурса «Экономическое возрождение России»

20 июня на заседании Совета Кузбасской ТПП состоялось торжественное вручение дипломов и ценных призов победителям регионального этапа XXXI Всероссийского конкурса...

Image

Награды конкурса Национальной премии «Золотой Меркурий» по итогам 2024 года вручены Кузбасской ТПП

Эксперт Кузбасской ТПП Юлия Долганина и экспертное направление Кузбасской ТПП были отмечены наградами по спецноминации конкурса Национальной премии в области предпринимательской...

Image

Алексей Вовченко выступил на ПМЭФ — 2025

19 июня генеральный директор Национального агентства развития квалификаций Алексей Вовченко принял участие в работе сессии «Современный рынок труда: поиск ответов на глобальные вызовы», состоявшейся в рамках Петербургского международного...

Image

Издательско-коммуникационная группа «БИЗНЕС-ДИАЛОГ МЕДИА представляет авторский медиа-коммуникационный проект «ПРАВОЕ ДЕЛО со Светланой Ерховой»

Проект посвящен вопросам взаимодействия бизнеса и власти, защите прав и свобод граждан, освещает социально значимые вопросы...

Image

20 мая в Красногорске прошли "Дорожные вопросы" для коммерческой недвижимости

Мероприятие посетило больше 40 человек: владельцы коммерческой недвижимости, застройщики и архитекторы.

Image

Work-Life Balance в управленческой карьере: цена амбиций и поиск компромиссов

15 мая в рамках IPWK CLUB прошла дискуссия, посвященная важной теме: «Возможен ли баланс между работой и личной жизнью в управленческой карьере?»...

Image

Развитие международного направления: Мариллион принял участие в мероприятиях в Китае

Группа компаний «Мариллион» принимает активное участие в мероприятиях, направленных на укрепление сотрудничества между российскими и китайскими компаниями, а также на развитие китайского...

Image

Уникальный автопробег в честь 80-летия Победы объединит Москву и Горно-Алтайск

С 3 по 12 июня состоится автопробег «Москва-Алтай» в честь 80-летия Победы в Великой Отечественной войне. Проект реализуется при поддержке Комитета «ОПОРЫ РОССИИ» по развитию предпринимательства в сфере...

Image

Бизнес Омской области посетил Азербайджан

Сегодня Почетное представительство ТПП РФ в Азербайджане принимает делегацию от ТПП Омской области. В составе делегации ГК «Титан», «АРТОМ», «МеталлСнаб-М», "Учебный центр Сибирский"....

Image

V ЮБИЛЕЙНЫЙ МЕЖДУНАРОДНЫЙ ФОРУМ «РОССИЯ–ТУРЦИЯ: ИНВЕСТИЦИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ»

28 мая 2025 года Ассоциация «Российско-Турецкий диалог» при поддержке Торгово-промышленной палаты Российской Федерации, Российско-Турецкой рабочей группы при РСПП и информационной поддержке журнала Russian...

Image

В Кузбасской ТПП прошла презентация методических рекомендаций «Основы безопасности предпринимательской деятельности»

27 мая в Кузбасской ТПП состоялась презентация методических рекомендаций «Основы безопасности предпринимательской деятельности», разработанных в Комитете...

Image

В Кузбасской ТПП подвели итоги регионального конкурса брендов

28 мая в Кемерове, в Белом зале Правительства Кузбасса, прошло торжественное подведение итогов регионального конкурса «Бренд Кузбасса» по итогам 2024 года....

Image

Бизнес-семинар "Актуальные правовые риски руководителя — от убытков до уголовных дел"

Разносторонний и комплексный обзор актуальных трендов, основных рисков и механизмов их минимизации от профессионалов своего дела с многолетним опытом...

Актуальные комментарии
  • Image

    ESG: устойчивое развитие в ОЭЗ «Алга»

    В 2022 году Ассоциация кластеров, технопарков и особых экономических зон России включила Башкортостан в число пилотных регионов по формированию мастер-моделей инфраструктурных площадок, направленных на достижение целей устойчивого развития (ESG).

  • Image

    Реализация ESG-повестки в наукограде: ОЭЗ «Дубна» делится опытом

    Наукоград Дубна – процветающий деловой и научный центр на севере Подмосковья. Особая экономическая зона «Дубна» – инновационная площадка, где в 2024 году осуществляют деятельность более 160 высокотехнологичных компаний.

  • Image

    ОЭЗ «Технополис Москва» — лидер ESG-рейтинга и инициатор проектов корпоративной ответственности

    Особая экономическая зона «Технополис Москва» активно развивает повестку устойчивого развития через реализацию ряда значимых проектов. Эксперты отмечают высокие стандарты управления и приверженность ESG-принципам. В планах на 2025 год — дальнейшее укрепление позиций в области рационального использования ресурсов и повышения качества инфраструктуры.

  • Image

    Корпорация развития Нижегородской области придерживается ESG-принципов во всех направлениях своей деятельности.

    Так, при оборудовании офиса агентства развития было применено множество благоприятных для окружающей среды решений. В частности, ведется раздельный сбор мусора (пластик, бумага, стекло), сбор использованных батареек для передачи их на последующую утилизацию. На регулярной основе проводятся субботники и сдача бумаги в специализированные эко-пункты. Также все рабочие пространства оснащены энергосберегающим освещением, а навигация офиса сделана из переработанного пластика, собранного сотрудниками.

  • Image

    НОВАТЭК морозит водород

    Компания пересматривает планы развития СПГ-проектов в Мурманске и на Ямале

  • Image

    Минэк подготовил стандарт отчетности об устойчивом развитии для бизнеса

    Минэкономразвития подготовило проект постановления об утверждении стандарта отчетности об устойчивом развитии и требований к системе верификации соответствия деятельности организаций стандарту общественного капитала бизнеса. Документ опубликован на федеральном портале нормативных правовых актов.

  • Image

    У России есть все возможности для эффективного развития "зеленой" повестки

    Почему важно следить за экосистемами и повышать плату за вредное воздействие на окружающую среду? Для чего нужны карбоновые полигоны? Достаточно ли нормативных документов для реализации ESG-стратегий? Как российский бизнес участвует в экологических программах? Каких климатических изменений ждать? Ответы на эти и другие вопросы в эксклюзивном интервью "РГ" дал член-корреспондент РАН, научный руководитель Института водных проблем Российской академии наук Виктор Данилов-Данильян.

  • Image

    Малый бизнес сможет официально снижать свой углеродный след

    Правительство расширило доступ бизнесу к национальному рынку углеродных единиц, теперь иностранные и физлица могут получить зачета углеродных единиц для уменьшения углеродного следа. Об этом сообщает пресс-служба Минэкономразвития.