Слушая искру

Алюминий, магний и их сплавы широко применяются в промышленности благодаря лёгкости и прочности, однако их поверхность нуждается в защите от коррозии и износа. Эту задачу научились решать c помощью технологии плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО). Процесс ПЭО сопровождается микродуговыми разрядами – микроскопическими искрами, под воздействием которых поверхностный слой металла плавится, насыщается компонентами электролита и преобразуется в керамический слой. Так шаг за шагом и возникает «покрытие». Традиционно следят за этим процессом визуально или оптическими методами, но, когда разряды уходят вглубь формирующегося слоя, они становятся не видны снаружи.

Учёные ТГУ разработали способ регистрации и анализа акустической эмиссии – ультразвуковых сигналов, которые издают микровзрывы в керамическом слое. Но была проблема – как записывать эти сигналы, не повреждая аппаратуру высоким напряжением? Её решила созданная инженерами трёхступенчатая система защиты. Эксперименты показали, что акустический метод точнее оптических. Там, где последние видят лишь равномерное свечение, метод акустической эмиссии различает смену этапов. Здесь предложенный авторами способ анализа акустических сигналов позволил не только уточнить четыре известные стадии ПЭО, но и обнаружить пятую. Оказалось, что даже после затухания видимых разрядов и прекращения «ярких» акустических событий процесс формирования покрытия продолжается, покрытие растёт и уплотняется – эту стадию, названную «V стадией», раньше не замечали.

– Мы научились «слышать» то, что происходит внутри формирующегося покрытия, – комментирует один из авторов исследования, начальник лаборатории структурно-фазового анализа ТГУ, кандидат технических наук Антон Полунин. – По мере формирования оксидного покрытия искры уходят в его глубину, но акустические сигналы, распространяясь внутри изделия, доходят до датчика, поэтому акустический подход не имеет ограничений оптического метода. Во-вторых, мы обнаружили такие акустические признаки, которые позволяют нам не только идентифицировать текущую стадию ПЭО, но и контролировать длительность формирования покрытия на каждой из протекающих стадий. Именно последнее наиболее важно для технологии получения слоёв с «нужными» свойствами – твёрдых, износостойких или, например, пористых, если это требуется для медицинских имплантатов.

Разработка тольяттинских учёных открывает возможность для автоматизации процесса ПЭО, особенно при групповой обработке изделий. В перспективе управлять формированием керамического слоя на поверхности изделий сможет система, ориентирующаяся на акустические сигналы. Это повысит качество и надёжность деталей для авиации, машиностроения и других отраслей.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда и в рамках федеральной программы государственной поддержки и развития университетов «Приоритет 2030» национального проекта «Молодёжь и дети». Статья о нём опубликована в научном журнале «Контроль. Диагностика» – он публикует научные и методические статьи ведущих ученых России, стран ближнего и дальнего зарубежья, представителей промышленности о методах, приборах и технологиях контроля и технической диагностики, их внедрении, развитии и применении.

Кроме того, доклад по этой работе включён в основную сессию ХI Всероссийской конференции по акустической эмиссии с международным участием, которая прошла в Москве в конце апреля 2026 года.

Персона: