维度网讯，俄罗斯新西伯利亚国立技术大学（НГТУ НЭТИ）与俄罗斯科学院西伯利亚分院布德克尔核物理研究所（ИЯФ СО РАН）的专家合作，成功将铬镍不锈钢（日常生活中俗称“不锈钢”）的耐磨性提高了一倍。这种材料不仅用于制造大家熟悉的锅碗瓢盆和刀叉，也用于石油加工行业的各种设备零部件。对于石油工人而言，不锈钢因其高耐腐蚀性而备受青睐——这在地下作业环境中尤为重要。如果能进一步提高不锈钢的抗水力磨蚀能力（即抵抗随液体流动的固体颗粒冲击的能力），它将更加适合该行业。

新西伯利亚的科学家利用核物理研究所的ELV-8工业加速器，采用电子束熔覆技术，在不锈钢表面涂覆了一层由硼和铁粉末混合而成的硼化物。随后，在俄罗斯科学院西伯利亚分院拉夫连季耶夫流体动力学研究所（ИГиЛ СО РАН）进行的抗水力磨蚀测试表明，这种改进后的不锈钢的耐磨性和耐腐蚀性均达到普通不锈钢的两倍。研究成果发表于《冶金学》杂志，是旨在获得适用于极端工况的高性能不锈钢大型研究项目的一部分。

新西伯利亚国立技术大学机械制造材料学系副教授、技术科学副博士叶夫多基娅·布舒耶娃评论道：“石油加工行业的专家使用由铬镍奥氏体不锈钢制成的设备零部件，因为这种材料具有几个重要特性。首先，它具有耐腐蚀性，这非常重要，因为地下石油加工设备处于化学腐蚀性环境中，例如可能受到地下水、电解液溶液、伴生气体的影响。不锈钢的另一个重要特性是其良好的加工性能。这类设备的零部件通常形状复杂，因此制造材料必须具备塑性。第三点同样重要的是，不锈钢相对廉价。”

尽管有诸多优点，不锈钢也存在一个缺点：耐磨性低。耐磨性是指材料在摩擦条件下抵抗其表层破坏和磨损的能力。磨损有多种形式，但对石油加工行业而言，通常指的是磨料磨损。

布舒耶娃补充道：“不锈钢具有足够的塑性，因此很难抵抗含有固体磨料颗粒的水流冲击。磨料就像无数把刀扎入表面。首先会出现划痕、擦伤和裂纹，而考虑到此时材料同时受到腐蚀性环境的作用，不锈钢的耐腐蚀性也会大幅下降。最终，这类设备的运行时间从应有的数千小时缩短到仅数百小时。因此，工业界——进而也是科学界——面临的任务就是延长石油开采设备的使用寿命。”

使经典不锈钢更耐磨的方法之一是强化其表层。新西伯利亚国立技术大学的专家选择了基于铬和铁硼化物的材料作为强化层，并通过在核物理研究所的ELV-8工业电子加速器上进行电子束熔覆来制备该强化层。该加速器具有独特科学装置（ELV-6试验台）的地位，并被列入俄罗斯联邦国家研究基础设施名录。

核物理研究所高级研究员米哈伊尔·戈尔科夫斯基解释道：“工业加速器产生强大的连续电子束，我们用它对材料表面（此例中为不锈钢）连同置于其表面的改性粉末进行加工。与其他强化方法（如等离子喷涂、激光熔覆、电弧熔覆）相比，我们的方法具有一系列优势。我们可以在材料上形成比激光熔覆更厚的表层，且该层没有孔隙，也不存在等离子喷涂所特有的与基体结合弱的问题。激光熔覆形成的厚度不超过几十微米，而我们能获得几毫米厚、无孔隙的涂层。同样重要的是，我们确保了涂层的冶金结合，即熔覆层与基体的结合强度不低于基体金属本身的强度。在恶劣工况下，即使涂层本身非常坚固，但如果它容易与基体分离，那也是不行的。工业加速器生产效率高：材料平均处理速度为2平方米/小时，这是一个很好的指标。另外需要注意的是，我们是在大气环境中工作，而不是在真空中。那些需要在真空室中进行处理的方法在工艺上更复杂，耗时也更长。我们的电子源功率比激光器高一到两个数量级。此外，我们材料对电子束的吸收系数为90%，即几乎全部束流能量都转化为材料内部热量，而激光的吸收率仅为10%。”

获得具有强化表层的不锈钢样品后，专家们进行了一系列实验，模拟了石油开采设备的极端工作条件。

布舒耶娃评论道：“由于我们面向石油开采行业，其中一项测试就是水力磨蚀磨损测试，我们在流体动力学研究所的设备上进行。我们用强大的水流（含有氧化铝颗粒，即带空气的沙子）冲击样品，特意制造出尽可能极端的条件。结果相当不错：强化后的不锈钢的水力磨蚀磨损比普通不锈钢低一倍。另一项结果涉及耐腐蚀性。我们在腐蚀性环境中测试了涂层，模拟了事故溶液的影响条件。当石油开采设备出现卡滞（例如岩石进入导致机构无法转动）时，会使用含有氢氟酸、硫酸、盐酸、硝酸等腐蚀性强酸的溶液。这种强效混合液能迅速溶解岩石，但也可能腐蚀设备材料。在这方面，我们的样品耐腐蚀性也比普通不锈钢高一倍。”

专家指出，所获得的研究成果是开发强化涂层这一大型工作的一部分。

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