Модернизация уникальной научной электронно-пучковой установки «Комплекс», выполненная сотрудниками Института сильноточной электроники (ИСЭ) СО РАН, обеспечила ей возможность управлять мощностью электронного пучка в течение его импульса, 21 марта сообщает пресс-служба Томского научного центра СО РАН.

Руководитель проекта, старший научный сотрудник ИСЭ СО РАН доктор технических наук Максим Воробьев рассказал о модернизированном «Комплексе»:

«Уникальность установки заключается в широком диапазоне параметров генерируемого пучка электронов, а также в возможности управлять всеми основными его параметрами независимо друг от друга. Именно это позволяет выбрать оптимальные режимы воздействия на поверхность металлических изделий, управляя образованием требуемых фаз для улучшения функциональных свойств поверхности обрабатываемого материала».

Перспективность модификации поверхности металлических материалов пучками электронов давно уже была доказана учеными многих стран, но при этом мало кто уделял внимание управлению мощностью пучка в течение импульса его генерации, отметил ученый.

При этом источники электронов с плазменными катодами, разрабатываемыми в ИСЭ СО РАН, позволяют управлять мощностью или интенсивностью пучка в миллисекундном диапазоне длительности.

Это, в свою очередь, создает возможность предварительного нагрева поверхности с формированием в ней температурного поля для создания требуемой фазы, которая обеспечивает упрочнение поверхностного слоя или же какого-либо другое функциональное или эксплуатационное свойство изделия.

Томские ученые разработали два способа управления интенсивностью пучка в течение импульса генерации. Первый — изменением концентрации эмиссионной плазмы, второй — изменением запирающего потенциала.

«В течение одного короткого импульса длительностью в сотни микросекунд можно контролируемо нагревать поверхность материала до температуры выше 1000 °C вплоть до плавления, — пояснил достоинства новой установки Максим Воробьев. — При этом не требуется производить предварительный нагрев всей детали, масса которой может достигать десятков и сотен килограммов, что позволяет сформировать нужную структуру именно поверхностного слоя с максимальной энергетической эффективностью».

Сейчас ученые ИСЭ СО РАН исследуют методы повышения стабильности генерации пучка и плазмы, добиваясь хорошей воспроизводимости результата облучения, а также работают над расширением диаметра пучка, что позволит увеличить зону обработки, которая обеспечивает необходимую однородность поверхности.

«Разработанное оборудование может применяться в машиностроении, авиакосмической и нефтегазодобывающей отрасли. Его использование позволит осуществлять модификацию и полировку поверхностей различных материалов и изделий, производя их закалку и повышая износостойкость, что значительно увеличит срок службы производимых изделий», — пояснила младший научный сотрудник ИСЭ СО РАН Елизавета Петрикова.

Исследователи продемонстрировали перспективность использования нового подхода в генерации электронного пучка на образцах из металлических и металлокерамических материалов, а также для облучения одно-, двух- и более многослойных покрытий, показав что модернизация «Комплекса» расширяет область возможных его применений как в научных, так и технологических целях.