Новые возможности для обработки поверхности протяженных цилиндрических металлических изделий создаст источник радиально сходящихся низкоэнергетических сильноточных электронных пучков, прототип которого разработан учеными из Института сильноточной электроники (ИСЭ) СО РАН, 7 декабря сообщает пресс-служба Томского научного центра СО РАН.

Руководитель проекта, ведущий научный сотрудник ИСЭ СО РАН, доктор технических наук Григорий Озур рассказал о проделанной работе:

«Три с половиной года назад мы придумали схему организации сильноточной электронной эмиссии без плазменного анода путем встраивания дуговых источников плазмы, инициируемых пробоем по поверхности диэлектрика, в сам взрывоэмиссионный катод. Далее нашей целью было исследовать свойства радиально сходящихся низкоэнергетических сильноточных электронных пучков и создать на их основе электронные пушки с достаточно невысокими для импульсной ускорительной техники напряжениями от 5 до 30 киловольт».

Для этой цели и был разработан прототип пушки, которая может создавать низкоэнергетические (10–30 килоэлектронвольт) сильноточные (до 25 килоампер) электронные пучки (НСЭП), но в отличие от уже существующих, с плазменным анодом, позволяющей одновременно обрабатывать поверхности протяженных изделий цилиндрической формы со всех сторон.

Как пояснил Григорий Озур, пушки с плазменным анодом и взрывоэмиссионным катодом, которые сейчас широко применяются для обработки поверхностей металлических материалов, позволяют выполнять самые разнообразные технологические операции, в том числе формировать на поверхности сплавы металлов толщиной от долей до десятков микрометров.

Однако такие пушки могут воздействовать на плоскость лишь прямолинейно, и для обработки поверхности изделий цилиндрической формы их необходимо вращать в паузе между сериями импульсов пучка. Но поскольку в этот момент противоположная сторона изделия воздействию пучка в не подвергается, то при кристаллизации поверхностного слоя возникающие на границе термомеханические напряжения искривляют изделие.

Чтобы избежать этого эффекта, ученые ИСЭ СО РАН решили создать пушку, формирующую сходящиеся, подобно лепесткам цветка, пучки, которые будут модифицировать изделия типа прута, стержня или трубы одновременно со всех сторон.

Одними из таких изделий являются ТВЭЛы ядерных реакторов. Их оболочку, изготавливаемую обычно из циркониевых сплавов или легированных сталей, необходимо защищать от коррозии и высокотемпературного окисления. Для этого на ней формируют защитное покрытие.

Такие упрочняющие поверхность покрытия необходимы и для различного рода обрабатывающих инструментов, имеющих цилиндрическую форму.

Ученые ИСЭ СО РАН намерены на основе прототипа пушки создать комплексную установку для модификации поверхности протяженных цилиндрических изделий, в которой в общей вакуумной камере будет расположен источник НСЭП и магнетронная распылительная система.

Такая установка позволит формировать поверхностные сплавы в одном вакуумном цикле, когда покрытие сначала наносится на изделие методом магнетронного распыления, а затем вплавляется в него сильноточным электронным пучком.