Заведующий кафедрой технической физики, доктор технических наук Алмаз Фивзатович Гайсин вошел в число победителей грантового регионального конкурса Российского научного фонда (РНФ) на проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами. Итоги конкурса на финансирование исследований в 2025-2026 гг. подвели в марте этого года.

Работа «Исследование и разработка плазменно-жидкостной сварки изделий из алюминия и его сплавов» входит в круг вопросов, которые исследует научная школа автора в рамках широкого направления «Физика и применение газоразрядной плазмы с жидким (неметаллическим) электродом». Это быстроразвивающаяся междисциплинарная область исследований, включающая науку о плазме, гидрогазодинамике, тепломассопереносе, фотолизе и многофазной химии.

«Мой интерес к данному направлению обусловлен сочетанием фундаментальных и прикладных аспектов, которые позволяют не только расширить научные горизонты, но и предложить практические решения для авиакосмической отрасли, - поясняет Алмаз Гайсин. - Перспективность заключается в широком перечне технологий, которые могут быть использованы для обработки материалов и изделий различной физической природы, а научная новизна – в уникальных механизмах формирования плазмы, новых режимах разряда и высокой гибкости в управлении составом активных частиц».

Прежде автор участвовал в грантовых программах РНФ и Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), привлекая финансирование по выбранной проблематике, что позволило решить задачи по разработке и созданию экспериментальных установок широкого функционала - основе для дальнейших исследований.

Ожидается, что результаты нового исследования приведут к пониманию пределов и перспектив плазменно-жидкостной сварки металлических изделий.

Исследовательская группа нового проекта состоит из специалистов, включая докторов и кандидатов наук, аспирантов и студентов, что позволит обеспечить комплексный и междисциплинарный подход к решению поставленных задач.

Исследователи сосредоточились на одном из самых востребованных металлов в мире – алюминии, в то же время демонстрирующем характерные особенности при применении к нему сварки. Это служит барьером для еще более широкого использования металла.

Так, мировое производство алюминия в 2023 году увеличилось почти на 2,3% и достигло 70,593 млн тонн (согласно данным международной организации International Aluminium Institute (IAI)). Алюминий отлично поддается литью, формовке, механической обработке, имеет высокую тепло- и электропроводность. Имеется возможность образовывать сплавы фактически со всеми металлами. Благодаря этим свойствам, применение алюминия и его сплавов можно встретить повсеместно – в домах, транспорте, современных гаджетах, предметах быта.

Сварка алюминиевых изделий остается одной из ведущих технологических операций изготовления разнообразных деталей и обеспечения целостности различных объектов.

Сварка алюминия и его сплавов – довольно непростая в решении задача. Из-за повышенной текучести алюминиевого расплава крайне сложно контролировать сварочную ванну, а высокая теплопроводность алюминия может легко привести к деформации свариваемых деталей. Но главная проблема, затрудняющая процесс сварки, – это наличие на поверхности алюминиевых изделий оксидной пленки, которая возникает при реакции алюминия с кислородом. При реакции с кислородом его поверхность покрывается тонкой и одновременно очень прочной пленкой из оксида алюминия. Пока оксидная пленка присутствует на деталях, приварить их друг к другу не получится. Температура плавления оксида алюминия составляет 2044 °C. И если нагреть свариваемые изделия до этого значения, то, они, во-первых, потеряют форму, а во-вторых, давно расплавившийся и перегретый алюминий просто растечется после прорыва оксидной пленки.

«В совокупности это приводит к увеличению издержек на предприятиях и в некоторых случаях нивелирует конкурентные преимущества применения алюминиевых изделий в тех или иных конструкциях. Результаты работы позволят решить часть этих проблем», - констатирует автор проекта.

Надо отметить, что физика газоразрядной плазмы с жидким (неметаллическим) электродом является одним из интенсивно развивающихся научных направлений в мире. Так, среди наиболее известных научных коллективов, работающих по этой тематике, можно упомянуть группы из МФТИ, Объединенного института высоких температур (ОИВТ РАН), К(П)ФУ, МГТУ им. Баумана, Томского политехнического университета.

В отличие от газоразрядной плазмы с традиционными (твердыми) электродами (тлеющий, дуговой, искровой и других), этот тип разряда генерируется постоянным или переменным током в межэлектродном промежутке, где один или оба электрода являются проточной или непроточной жидкостью. В качестве жидкого электрода, как правило, используются растворы солей в технической, дистиллированной или водопроводной воде.

Для решения данной проблемы планируется провести исследования пределов и перспектив плазменно-жидкостной сварки изделий из алюминия и его сплавов, в том числе дюралюминия. Предполагается, что за счет воздействия электрических разрядов на поверхность свариваемых деталей будет протекать процесс эрозионного разрушения оксидной пленки в жидкости.