В России объяснили окрашивание нанорельефов на металлах в цвета радуги
Ультразвуковой метод повышения прочности и других свойств металлов за счет создания на их поверхности природоподобного нанорельефа усовершенствуют ученые ОмГТУ. По словам авторов, разработка основана на найденной ими «разгадке» явления окрашивания в цвета радуги обработанных поверхностей. Статья опубликована в журнале Optics & Laser Technology.
Биомиметика — одно из популярных направлений современной инженерии поверхности, основанное на заимствовании у живой природы различных высокоадаптивных структур и материалов, сформировавшихся в ходе эволюции. По словам ученых, этот подход сегодня востребован в энергетике, биоинженерии, оптике и в ряде других сфер.
Ультразвуковая упрочняющая обработка (УУО) — недорогой и эффективный метод создания природоподобного регулярного микро- и нанорельефа на поверхности металлов и сплавов, позволяющий также значительно повысить их прочность, износостойкость и другие функциональные характеристики.
Команда исследователей Омского государственного технического университета (ОмГТУ) предложила новый метод контроля качества поверхности для УУО, который, по их словам, отличается от существующих процедур простотой, скоростью и низкими затратами.
"Сегодня визуализация микро- и нанорельефа невозможна без дорогих аналитических приборов и затратной пробоподготовки. Более того, для контроля микрорельефа, формируемого в ходе УУО, требуется разрушение готовой детали и дальнейшее ее исследование квалифицированным оператором. Наш подход позволит обойти все эти трудности", — рассказал доцент кафедры "Технология машиностроения" ОмГТУ Алексей Федоров.
В основе разработки, по словам авторов, — научное объяснение феномена окрашивания металлических поверхностей после УУО в цвета радуги, ранее детально не исследованного. Как выяснилось, его причина — структурная дифракция света, обусловленная иерархией микроямочек и наноскладок на обработанной поверхности. Это явление напоминает аналогичное окрашивание крыльев бабочек, также имеющих регулярный микрорельеф.
Процесс установки образца на столике растрового электронного микроскопа
Процесс исследования микро- и нанорельефов на растровом электронном микроскопе JEOL JCM-5700
Контакт ультразвукового инструмента с обрабатываемой детальюПроцесс установки образца на столике растрового электронного микроскопаПроцесс исследования микро- и нанорельефов на растровом электронном микроскопе JEOL JCM-5700Контакт ультразвукового инструмента с обрабатываемой деталью
«Феномен структурного дифракционного окрашивания нержавеющих сталей, подвергнутых УУО, в цвета радуги обнаружен и научно обоснован нами впервые в мире. Используя это явление, мы разрабатываем малозатратный и эффективный метод спектрального неразрушающего контроля параметров поверхности», — сообщил доцент кафедры «Физика» ОмГТУ Денис Полонянкин.
В настоящее время научный коллектив работает над созданием комплекса приборов, обеспечивающих контроль в реальном времени состояния поверхности в ходе УУО, а также мониторинг состояния самого оборудования, применяемого для обработки. Исследование ведется политехниками в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
