20 лет, Томский политехнический университет
Техник, ЛПЭЭ ИСЭ СО РАН
Техник, ЛПЭЭ ИСЭ СО РАН
Почему я заслуживаю победы?
Премия повысит мою стипендию, и я смогу оплатить проживание в Москве во время стажировки. Там я научусь проводить новые материаловедческие испытания и моделировать более сложные процессы в Comsol Multiphysics для дальнейшего внедрения в промышленность электронно-пучковой модификации поверхности сплавов и керамики, в том числе имплантатов для повышения их долговечности. Это соответствует приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники в РФ.
Премия повысит мою стипендию, и я смогу оплатить проживание в Москве во время стажировки. Там я научусь проводить новые материаловедческие испытания и моделировать более сложные процессы в Comsol Multiphysics для дальнейшего внедрения в промышленность электронно-пучковой модификации поверхности сплавов и керамики, в том числе имплантатов для повышения их долговечности. Это соответствует приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники в РФ.
Научные исследования
В течении предыдущих четырех лет рабочая группа ЛПЭЭ ИСЭ СО РАН по гранту РНФ №20-79-10015 продемонстрировала возможность управления мощностью пучка в течение субмиллисекундного импульса в диапазоне от десятков кВт до десятков МВт, что может быть использовано для управления скоростью ввода энергии в поверхность различных материалов, формируя за счет этого картину температурного поля в поверхности. Мной была создана компьютерная модель по подбору режима электронно-пучковой обработки сплава или керамики. Она реализована в программе Comsol Multiphysics, учитывает теплопроводность многослойных систем, тепловое излучение, плавление материала и адаптирована для установки «СОЛО» или «Комплекс».
Благодаря подобранной модели на модуляции тока пучка в течение импульса субмиллисекундной длительности удается осуществить нагрев поверхности изделия до заданной температуры и минимальными потерями энергии, поддерживать температуру заданное время и затем охладить с скоростью до 108 K/c. При этом, происходит закалка и повышается твердость до 20%, скорость износа уменьшается в 1300 раз, а следовательно, повышается долговечность изделия: деталей машин, имплантатов и т. д.
Достигнутые результаты могут быть использованы на предприятиях Российской Федерации для решения прикладных задач по увеличению износостойкости поверхности наиболее значимых деталей машин, пар трения, узлов и инструмента для предприятий атомной, авиакосмической и нефтегазовой отраслей и смежных областей, а также на инструментальных участках машиностроительных производств.
Цель работы по продленному гранту РНФ добиться увеличения диаметра электронного пучка, избегая повышения неоднородности пучка по сечению и при этом сохранить возможность предсказания оптимальных режимов. Моя задача — учесть в модели отрицательную обратную связь по току в ускоряющем промежутке, вклад его ионной компоненты в общий ток, а также учесть возможный процесс кипения мишени.
Дополнительной задачей проекта является облучение и исследование поверхности системы « /Al (пленка) — ZrO2*3%Y2O3 (подложка)» в модулированном режиме генерации интенсивного электронного пучка субмиллисекундной длительности.
Одновременно при поддержке гранта РНФ № 24-69-00074 совместно с Ставропольским государственным медицинским университетом ведется работа по нанесению покрытий на имплантаты, целью которого является достижение оптимальных параметров покрытия: цитотоксичности, биосовместимости, адгезии к подложке, твердости и модуля Юнга в зависимости от того, с какими тканями будет соприкасаться имплантат: с костными, хрящевыми или мягкими.
Коллективом ЛПЭЭ ИСЭ СО РАН, совместно c Белорусским государственным университетом, планируется проведение совместных инициативных работ по сравнению воздействия на поверхность материалов импульсных электронных пучков и компрессионных плазменных потоков для подачи совместного международного РНФ проекта при ближайшем предоставлении такой возможности.
Ведутся переговоры о сотрудничестве с Шеньянским университетом (Shenyang Ligong University, Китай) по использованию ионно-плазменных и радиационных электронно-пучковых технологий для создания новых композиционных материалов, в том числе и медицинского назначения, а также реализации по этому направлению совместных проектов. Планируются совместные работы по инженерии биоинертной поверхности с Сяомыньским университетом (Xiamen, КНР) в рамках гранта Правительств РФ и КНР в 2024-2025 гг.
Обсуждается написание совместного проекта с технологическим центром электронно-пучковых и плазменных технологий (г. София, Болгария) по сравнению воздействия плазменных потоков, а также непрерывного и импульсного электронных пучков на металлические материалы. Во всех этих проектах будет необходимо применение разработанной мной модели для выбора оптимального режима облучения электронным пучком.
В течении предыдущих четырех лет рабочая группа ЛПЭЭ ИСЭ СО РАН по гранту РНФ №20-79-10015 продемонстрировала возможность управления мощностью пучка в течение субмиллисекундного импульса в диапазоне от десятков кВт до десятков МВт, что может быть использовано для управления скоростью ввода энергии в поверхность различных материалов, формируя за счет этого картину температурного поля в поверхности. Мной была создана компьютерная модель по подбору режима электронно-пучковой обработки сплава или керамики. Она реализована в программе Comsol Multiphysics, учитывает теплопроводность многослойных систем, тепловое излучение, плавление материала и адаптирована для установки «СОЛО» или «Комплекс».
Благодаря подобранной модели на модуляции тока пучка в течение импульса субмиллисекундной длительности удается осуществить нагрев поверхности изделия до заданной температуры и минимальными потерями энергии, поддерживать температуру заданное время и затем охладить с скоростью до 108 K/c. При этом, происходит закалка и повышается твердость до 20%, скорость износа уменьшается в 1300 раз, а следовательно, повышается долговечность изделия: деталей машин, имплантатов и т. д.
Достигнутые результаты могут быть использованы на предприятиях Российской Федерации для решения прикладных задач по увеличению износостойкости поверхности наиболее значимых деталей машин, пар трения, узлов и инструмента для предприятий атомной, авиакосмической и нефтегазовой отраслей и смежных областей, а также на инструментальных участках машиностроительных производств.
Цель работы по продленному гранту РНФ добиться увеличения диаметра электронного пучка, избегая повышения неоднородности пучка по сечению и при этом сохранить возможность предсказания оптимальных режимов. Моя задача — учесть в модели отрицательную обратную связь по току в ускоряющем промежутке, вклад его ионной компоненты в общий ток, а также учесть возможный процесс кипения мишени.
Дополнительной задачей проекта является облучение и исследование поверхности системы « /Al (пленка) — ZrO2*3%Y2O3 (подложка)» в модулированном режиме генерации интенсивного электронного пучка субмиллисекундной длительности.
Одновременно при поддержке гранта РНФ № 24-69-00074 совместно с Ставропольским государственным медицинским университетом ведется работа по нанесению покрытий на имплантаты, целью которого является достижение оптимальных параметров покрытия: цитотоксичности, биосовместимости, адгезии к подложке, твердости и модуля Юнга в зависимости от того, с какими тканями будет соприкасаться имплантат: с костными, хрящевыми или мягкими.
Коллективом ЛПЭЭ ИСЭ СО РАН, совместно c Белорусским государственным университетом, планируется проведение совместных инициативных работ по сравнению воздействия на поверхность материалов импульсных электронных пучков и компрессионных плазменных потоков для подачи совместного международного РНФ проекта при ближайшем предоставлении такой возможности.
Ведутся переговоры о сотрудничестве с Шеньянским университетом (Shenyang Ligong University, Китай) по использованию ионно-плазменных и радиационных электронно-пучковых технологий для создания новых композиционных материалов, в том числе и медицинского назначения, а также реализации по этому направлению совместных проектов. Планируются совместные работы по инженерии биоинертной поверхности с Сяомыньским университетом (Xiamen, КНР) в рамках гранта Правительств РФ и КНР в 2024-2025 гг.
Обсуждается написание совместного проекта с технологическим центром электронно-пучковых и плазменных технологий (г. София, Болгария) по сравнению воздействия плазменных потоков, а также непрерывного и импульсного электронных пучков на металлические материалы. Во всех этих проектах будет необходимо применение разработанной мной модели для выбора оптимального режима облучения электронным пучком.
Популяризация науки
У меня есть YouTube-канал, где я провел несколько химических опытов.
На моих страницах в «Одноклассниках» и ВКонтакте я рассказываю о своих достижениях.
Участник Science Slam Томск: https://vk.com/wall-70416520_3169
У меня есть YouTube-канал, где я провел несколько химических опытов.
На моих страницах в «Одноклассниках» и ВКонтакте я рассказываю о своих достижениях.
Участник Science Slam Томск: https://vk.com/wall-70416520_3169
Мои публикации
- Steel Surface Doped with Nb via Modulated Electron-Beam Irradiation: Structure and Properties / M. S. Vorobyov, E. A. Petrikova, V. I. Shin [et al.] // Coatings. — 2023. — Vol. 13, No. 6. — P. 1131. — DOI 10.3390/coatings13061131. — DOI: 10.3390/coatings13061131 (Q2).
- Шпанов, Д. А. Легирование поверхности стали ниобием модулированным электронным пучком: структура и свойства / Д. А. Шпанов, В. И. Шин, С. А. Воробьев // Перспективы развития фундаментальных наук : Сборник научных трудов XX Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 25-28 апреля 2023 года. Том 1. — Томск: Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 2023. — С. 402-404.
- Модификация покрытия сталь-ниобий субмиллисекундным электронным пучком в источнике сплазменным катодом / Д. А. Шпанов, М. С. Воробьев, Е. А. Петрикова [и др.] // Сборник избранных статей научной сессии ТУСУР. — 2023. — № 1-1. — С. 246-248.
- Формирование температурного поля в поврехности материалов субмиллисекундным модулированным электронным пучком, генерируемым в источнике с плазменным катодом / Т. В. Коваль, М. С. Воробьев, П. В. Москвин, Д. А. Шпанов // Взаимодействие излучений с твердым телом : материалы 15-й Международной конференции, Минск, 26-29 сентября 2023 года. — Минск: Белорусский государственный университет, 2023. — С. 79-81.
- Управление током электронного пучка в течение импульса для легирования поверхности нержавеющей стали титаном и алюминием / Д. А. Шпанов, П. В. Москвин, Е. А. Петрикова [и др.] // Materials. Technologies. Design. — 2024. — Т. 6, № 2(17). — С. 129-141. — DOI: 10.54708/26587572_2024_6217129 (ВАК).
- ЛЕГИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ TI И AL МОДУЛИРОВАННЫМ ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ В ИСТОЧНИКЕ С ПЛАЗМЕННЫМ КАТОДОМ / Д.А. Шпанов, П.В. Москвин, Е.А. Петрикова, Ю.Ф. Иванов, М.С. Воробьев // 5-ый Научно-технический семинар по электронно-пучковому оборудованию и технологиям (Обь — 2024) : тезисы, Новосибирск, (10-14 июня 2024 г. — Новосибирск : Академиздат, 2024. — С. 34.
- Alloying the surface of stainless steel Ti and Al with a modulated electron beam in a source with a plasma cathode / D.A. Shpanov, P.V. Moskvin, E.A. Petrikova, Yu.F. Ivanov, M.S. Vorobyov // Proceedings of 9th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects. — Tomsk : TPU Publishing House, 2024. — p. 923 -927.
- ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ СТАЛИ НИОБИЕМ / Д.А. Шпанов, М.С. Воробьев, П.В. Москвин, Е.А. Петрикова // Газоразрядная плазма и синтез наноструктур: сборник трудов 4-ой Международной конференции, Казань, 6-9 декабря 2023 года. — Казань: Бук, 2024. — С. 408-411.
- Modeling of The Electron Beam Current During the Pulse for Alloying the Surface of Stainless Steel with Titanium and Aluminum / D. A. Shpanov, P. V. Moskvin, E. A. Petrikova, Yu. F. Ivanov, M. S. Vorobyov // Journal of Surface Investigation. X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques. — 2024. — Supplement 1, V.18. — принята к публикации (Q4).
Дополнительно
Золотой медалист Всероссийской студенческой олимпиады «Я — профессионал» по направлению «Материаловедение и технологии материалов» 2023/2024 гг. среди бакалавриата.
Лауреат конкурса «Лучший студент ТПУ» в номинации «Наука» — 2024.
Лауреат стипендии Президента РФ студентам ТПУ, обучающимся по специальностям или направлениям подготовки, соответствующим приоритетным направлениям модернизации и технологического развития российской экономики на 2023/2024 учебный год.
Золотой медалист Всероссийской студенческой олимпиады «Я — профессионал» по направлению «Материаловедение и технологии материалов» 2023/2024 гг. среди бакалавриата.
Лауреат конкурса «Лучший студент ТПУ» в номинации «Наука» — 2024.
Лауреат стипендии Президента РФ студентам ТПУ, обучающимся по специальностям или направлениям подготовки, соответствующим приоритетным направлениям модернизации и технологического развития российской экономики на 2023/2024 учебный год.
