Сотрудники лаборатории НИЛ «Квантовые симуляторы» Института физики Казанского федерального университета под руководством доцента кафедры общей физики Руслана Батулина провели исследование износа элементов криоохладителя в условиях сухого трения, математического моделирования термодинамических процессов, трибологических свойств материалов и освоили технологию напыления пленок нитрида бора.
В ходе исследования ученые выяснили, что после 18 000 –20 000 часов работы на поверхностях ротора и статора криоохладителя появляются микронеровности, шероховатости и дефекты (царапины, выбоины), которые снижают производительность устройства. Исследователи предложили несколько путей повышения износостойкости и надежности работы роторного клапана криоохладителя в условиях сухого трения: оптимизация конструкции уплотнений и зазоров; использование твердых защитных покрытий; применение композитных материалов на основе инженерных пластмасс с низкой склонностью к генерации пыли.
Кроме того, ученые провели математическое моделирование термодинамических процессов в роторном клапане и пришли к выводу, что симметричная геометрия окон с определенными углами фаз впуска и выпуска эффективна для стабильной работы цикла. Предложена конфигурация клапана, которая позволит равномерно распределить механические нагрузки и повысить эксплуатационную надежность механизма.
В рамках исследования трибологических свойств материалов ученые изучили взаимодействия различных промышленных инженерных пластмасс (в качестве роторов) в паре с контртелами из стали AISI 304 и Al-Mg-Si сплава (в качестве статоров). Проведено аналитическое и экспериментальное обоснование использование композитных инженерных пластмасс и контртел с покрытием, улучшающим износостойкость до 40 процентов.
Также в лаборатории успешно провели трехэтапную абразивную обработку стальных дисков и напыление пленок бора и нитрида бора в сверхвысоковакуумной установке. Исследования поверхности образцов до и после напыления показали сохранение качества поверхности, а элементный анализ подтвердил наличие структурообразующих элементов в образцах.
Результаты исследования могут быть использованы при проектировании и модернизации узлов криогенных систем, выборе материалов для деталей, работающих в условиях сухого трения, а также при разработке новых технологий нанесения защитных покрытий. Это позволит повысить надежность и долговечность оборудования, снизить эксплуатационные расходы и расширить возможности использования криогенных технологий в различных отраслях, – прокомментировал полученные результаты исследований руководитель НИЛ Руслан Батулин.
Работа выполнена в рамках гранта Фонда науки и технологий Республики Татарстан, а результаты опубликованы в «Сверхпроводимость: фундаментальные и прикладные исследования».
Источник: Минобрнауки России
