Ученые нашли способ увеличить прочность металла в 1,5 раза с помощью лазера

МИСИС, 4 июня 2024 года

Исследователи из НИТУ МИСИС совместно с коллегами из Китая представили новый метод лазерной обработки твердых материалов для увеличения их прочности и выборочного устранения поверхностных дефектов. Этот подход особенно актуален для авиакосмической отрасли, атомной промышленности и биофизики, так как обеспечивает более прочные конструкции, устойчивые к различным видам внешнего воздействия.

Исследование показало, что воздействие короткоимпульсным лазерным излучением на поверхность металла способно существенно улучшить его механические свойства. Методика основана на взаимодействии коротких лазерных импульсов длительностью около 20 наносекунд и энергией 15–20 мегаджоулей с поверхностью материала, что сопровождается кратковременным переходом в экстремальное состояние. В процессе образуется высокотемпературное газопламенное облако, которое воздействует на поверхностные слои с помощью шокового давления. В результате формируются круговые области плавления и внутри металла возникает ударная волна.

Ученые с помощью компьютера смоделировали распределение температур и ударных волн при воздействии лазера на поверхностный слой металлического сплава с учетом наноразмерных дефектов. Исследователи провели его в два этапа: первый — моделирование процесса нагрева поверхностного слоя с дефектами, второй — моделирование деформации и заживления нанопор в нагретом материале.

«В результате экспериментов мы выявили увеличение прочности обработанной поверхности более чем в 1,5 раза, сопровождаемое повышенной устойчивостью к трещинам при локальной нагрузке в диапазоне от 0,49 Н до 4,9 Н», — поделился доцент кафедры физики Университета МИСИС Иван Сафронов.

Наиболее важным открытием ученые считают разработку физического механизма избирательного лазерного воздействия на дефектные области (нано- и микропоры), что значительно повышает прочность материала. Подробно результаты исследования описаны в журнале Nanomaterials (Q1).

«В дальнейшем мы планируем разработать имплантаты с биосовместимой поверхностью, не вызывающие отторжение и воспаление в организме человека. Это то, чего так ждут врачи и пациенты, и что имеет большое значение для медицины будущего», — рассказал Иван Сафронов.

Исследование проведено при поддержке гранта в рамках стратегического проекта НИТУ МИСИС «Материалы будущего» по программе Минобрнауки России «Приоритет-2030» (проект К7-2023-010).


Университет науки и технологий МИСИС – ведущий вуз страны в области создания, внедрения и применения новых технологий и материалов. Опираясь на вековые традиции признанных в России и мире научных школ, современные образовательные технологии, университет ставит перед собой задачу внести максимальный вклад в развитие экономики за счет прорывных разработок и качественной подготовки специалистов. В научно-исследовательской деятельности Университет МИСИС концентрируется на таких приоритетных направлениях, как металлургия, горное дело, материаловедение, квантовые технологии, биоматериалы и биоинженерия, альтернативная энергетика, аддитивные и информационные технологии.
В вузе действует порядка 45 научно-исследовательских лабораторий и инжиниринговых центров мирового уровня, в которых работают ведущие российские и зарубежные ученые. В состав университета входит 7 институтов и 6 филиалов – четыре в России и два за рубежом. В вузе более 23 000 обучающихся, 25% студентов – граждане 86 стран. Университет МИСИС сотрудничает более чем с 1600 крупнейшими компаниями России и мира – лидерами в своих отраслях.


Сообщения компаний:

Аэрофлот за три летних месяца перевёз более полумиллиона детей со скидкой 50%
Аэрофлот

Геоскан впервые использовал беспилотник для видеотрансляции тактических соревнований
Геоскан

Аэрофлот представляет самые популярные направления летнего отдыха
Аэрофлот

Оборудование «Азимута» поможет самолетам ориентироваться на Крайнем Севере
Компания "Азимут"

Аэрофлот запускает рейсы в солнечный Краснодар из Казани
Международный аэропорт «Казань»

Двигатели ОДК обеспечили запуск ракеты-носителя «Союз-2.1б» с космодрома Плесецк
ОДК

Аэрофлот принял участие в транспортировке двух амурских тигрят из Хабаровска в Казанский зооботанический сад
Аэрофлот

ОАК передала очередную партию Су-34 для ВКС России
Ростех

Из аэропорта Владивосток в Нячанг на крыльях «Аэрофлота»
Международный аэропорт Владивосток

Авиакомпания Азимут информирует о возможности переоформления авиабилетов без удержаний на ряд рейсов из Краснодара по аналогичным направлениям
Авиакомпания Азимут

Авиакомпания Азимут возобновляет полеты из базового аэропорта Краснодар в Стамбул, Анталью и Ереван
Авиакомпания Азимут

Коллектив Казанского вертолетного завода награжден орденом «За доблестный труд»
Вертолеты России

Авиакомпания «РусЛайн» увеличивает частоту рейсов из Нарьян-Мара в Санкт-Петербург с 20 сентября
Авиакомпания «РусЛайн»

S7 Airlines открыла продажу билетов на рейсы в Краснодар
S7 Airlines

В аэропорту Иркутска прошли аварийно-спасательные учения
АО «Международный Аэропорт Иркутск»

На форуме целевиков ОАК в МАИ собралось более 330 студентов из ведущих инженерных вузов
МАИ

КрасАвиа открыла продажу билетов на осенне-зимний период
АО «КрасАвиа»

ОДК с опережением внедряет российское ПО для создания авиадвигателей
ОДК

Авиакомпания «Аврора» переводит рейс Южно-Сахалинск — Харбин на новый тип воздушного судна — Airbus A319
Авиакомпания «Аврора»

Двигатели ОДК обеспечили доставку грузов для жизнеобеспечения МКС
ОДК