Область применения, аналоги, новизна и преимущества разработки: технология предназначена для получения и защитных износостойких покрытий для узлов трения, испытывающих комбинированный нагрузки.
Как правило, для решения указанных задач используются керамические покрытия, из которых широкое применение находят покрытия на основе оксида алюминия благодаря высокому комплексу физико-механических и эксплуатационных характеристик указанного материала. Также по сравнению с другими видами керамики оксид алюминия имеет относительно низкую стоимость, что является важной составляющей конкурентоспособности таких покрытий. Однако, область применения указанных покрытий сдерживается вследствие следующих факторов: недостаточная прочность сцепления покрытия с основой, высокая хрупкость покрытий. Учитывая разность коэффициентов линейного расширения между керамикой и стальной основой, указанные факторы накладывают существенные ограничения на применимость таких материалов.
Новизна разработки заключается в том, что при создании защитных покрытий используются не чистый оксид алюминия, его комбинация с другими металлами в виде металлокерамики. Реализовано два способа указанного получения таких покрытий.
В первом случае используется напыление механической смеси керамики и металлического сплава. При реализации указанного способа впервые удалось разработать технологию нанесения металлокерамического покрытия системы: никелевый самофлюсующийся сплав (Ni-Cr-B-Si) - оксид алюминия, несмотря на плохую смачиваемость последнего никелем. Разработаны технологические решения, позволяющие реализовать процесс плазменного напыления, обеспечивающий нагрев до оптимальной температуры всех составляющих механических смесей.
Это позволило эффективно применить такие металлокерамические покрытия взамен покрытий системы: никелевый сплав – карбид вольфрама, имеющих в разы более высокую стоимость.
Во-втором случае для повышения эксплуатационных свойств керамических покрытий, используется предварительная модификация керамического порошка, путем его выдержки при высоких температурах в смеси с модифицирующими добавками во вращающемся контейнере (например, молибденом и бором). Это позволяет получить порошки оксида алюминия как в виде плакированных частиц, так и в виде конгломерированных с присадочным материалом частиц. Такая технология позволяет:
- получать при плазменном напылении керамические покрытия с металлургической связью без использования подслоев;
- управление режимами модификации и составом модифицирующих компонентов компонентами позволяет получать оптимальный состав покрытия для широкого диапазона условий эксплуатации.
Риски инвестора, конкуренция на рынке: риски разработчиков и инвесторов состоят в возможном изменении номенклатуры упрочняемых деталей за период приобретения оборудования и организации производственного участка, а также в возможном удорожании материалов, используемых для реализации технологии. Как правило, изменение номенклатуры ведет к необходимости коррекции технологии модификации порошкового материала, или состава механических смесей, что предусмотрено в базовой. Мерой по снижению указанного риска может быть повышение степени универсальности программного обеспечения.
Правовая защищенность объектов интеллектуальной собственности: патенты № 21612, № 21217, № 21914, № 21612.
Экологическая безопасность: уровень экологичности при получении защитных покрытий достаточно высок. Учитывая химическую нейтральность оксидной керамики, а также то, что в качестве плазмообразующего газа используется азот, вредное воздействие на окружающую среду минимально.
Научно-техническая значимость, описание: процесс получения модифицированных порошков для создания износостойких покрытий реализуется путем выдержки порошка при высоких температурах в смеси с модифицирующими добавками во вращающемся контейнере (например, молибденом и бором). Особенностью процесса является то, что в качестве исходного материала используется глинозем, имеющий низкую стоимость. Процесс модификации оксида алюминия, в присутствии боросодержащих компонентов позволяет получить плакированные бором частицы порошка.
При использовании в качестве модифицирующего компонента молибдена имеет место формирование конгломерированных частиц. Это позволяет получить порошки оксида алюминия как в виде плакированных частиц, так и в виде конгломерированных с присадочным материалом частиц.
Такое строение порошков при плазменном напылении обеспечивает повышение прочности сцепления покрытий с подложкой за счет формирования сварного соединения в случае модификации молибденом и металлургической связи за счет контактного эвтектического плавления в системе железо-бор при модифицировании бором.
Кроме сказанного, установлено, что высокотемпературная выдержка в присутствии модифицирующих компонентов интенсифицирует процесс превращения γ-модификации оксида алюминия (глинозема) в α-модификацию (корунд), что позволяет получать высокотвердое покрытие из дешевого сырья.
В процессе эксплуатации в условиях ограниченной смазки при взаимодействии трущихся поверхностей и возникновении микровспышек температуры, происходит локальное окисление модифицирующих компонентов, с образованием оксидов молибдена и бора, выполняющих роль твердой смазки. Это обеспечивает приспосабливаемость таких покрытий к самым различным условиям эксплуатации.
При использовании металлокерамики системы никелевый сплав оксид алюминия положительный эффект достигается за счет замены дорогостоящих добавок, например, карбида вольфрама оксидом алюминия. При этом качество получаемых композиционных металлокерамических покрытий достигается за счет оптимального выбора соотношения грануляций порошков механической смеси, предварительной подготовки оксидного порошка (предмет «ноу-хау»), разработки специального плазматрона для напыления таких покрытий
Потребность в инвестициях. Инвестиционная привлекательность: инвестиционная привлекательность проекта вытекает согласно изданным маркетинговым исследованиям. За последнее время мировой рынок газотермического напыления уже превысил 13 млрд. долларов в год, в то время, когда в 2010 году он оценивался в размере лишь 4-5 млрд. долларов. При этом доля, приходящаяся на плазменные керамические покрытия, составляет не менее 15 % и продолжает непрерывно расти. Точный бизнес-план по указанному проекту не разрабатывался. Приблизительный срок окупаемости может составить 3.5 – 4 года.
Характеристика команды, продвигающей проект, разработку: команда включает сбалансированный коллектив, в состав которого входят 2 доктора технических наук, 2 кандидата технических наук, 4 научных сотрудника, 3 аспиранта, 2 инженера. В результате выполненных работ командой выведено на рынок ряд разработок, касающихся технологии восстановления-упрочнения быстроизнашивающихся деталей методами газотермического напыления и лазерного упрочнения: технология восстановления посадочных мест под подшипники тяжелых валов (от 2 до 12 тонн) бумагоделательных машин методами «холодного напыления», технология формирования защитных покрытий с управляемым комплексом свойств комбинированными методами газотермического напыления и лазерной обработки, методами лазерного легирования, технология формирования керамических антиметеоритных покрытий и т.д. Указанные технологии защищены 12 патентами. За последние 5 лет опубликовано более 100 печатных работ, среди которых 3 монографии.
