Учёные Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали технологию нанесения сверхпрочного покрытия на основе соединения циркония, алюминия и азота (ZrAlN). Материал в разы твёрже стали, имеет низкий коэффициент трения и выдерживает нагрузку более 7 кг при высоких температурах.

Буры, фрезы, свёрла и резцы проходческих комбайнов работают в экстремальных условиях — высокие скорости, трение и агрессивные среды быстро выводят их из строя. Традиционные покрытия на основе нитрида титана уже не справляются с нагрузками современного оборудования. Пермские учёные нашли способ сделать защиту инструмента в несколько раз эффективнее.

В ходе экспериментов специалисты определяли, как давление газа в камере и содержание азота влияют на качество готового покрытия. Лучший результат показало напыление при низком содержании азота (10%) — такое покрытие содержало рекордное количество алюминия, обладало микротвёрдостью почти 24 ГПа и низким коэффициентом трения. При этом прочность сцепления с инструментом оказалась максимальной.

Как пояснила профессор кафедры инновационных технологий машиностроения ПНИПУ Анна Каменева, чтобы пробить покрытие до основы, потребовалось приложить силу более 70 Ньютонов — это эквивалентно нагрузке в 7 кг, сфокусированной на острие алмазной иглы. При высокой нагрузке покрытие не отслаивалось, а лишь истиралось. При избытке азота (40%) соединение, напротив, получалось хрупким и трескалось.

Стоимость нанесения нового покрытия незначительно дороже традиционного нитрида титана, но его характеристики позволяют инструменту служить дольше, реже требовать замены и работать быстрее. Для промышленных предприятий это означает снижение затрат на инструмент и увеличение объёмов выпуска продукции. Технология также перспективна для авиадвигателестроения и турбиностроения, где детали работают в условиях экстремальных температур и нагрузок.