Ученые придумали, как улучшить свойства стали в 100 раз
Дата: 25.05.2021
Сегодня традиционные методы легирования исчерпали свой технологический потенциал. Поэтому, чтобы придать металлам нужные свойства, их все чаще подвергают воздействию лучей заряженных частиц, потоков плазмы и лазерного излучения. Один из таких методов — ионная имплантация. Она позволяет изменить элементный состав, микроструктуру и морфологию поверхностных слоев, которые определяют такие свойства, как износостойкость и коррозионная стойкость.
Ученые из Томского политехнического университета (ТПУ) усовершенствовали процесс легирования (улучшения свойств металла за счет примесей), что позволяет не только повысить износостойкость материалов, но и придавать им качественно новые характеристики – это востребовано в высокотехнологичных производствах, науке и энергетике.
По словам ученых ТПУ, сегодня традиционные методы легирования исчерпали свой технологический потенциал. Для изготовления материалов с улучшенными свойствами все чаще прибегают к воздействию на металл пучками заряженных частиц, потоками плазмы и лазерным излучением.
Ионная имплантация (ионное легирование) – один из таких методов, который позволяет изменять элементный состав, микроструктуру и морфологию поверхностных слоев, определяющих такие свойства материалов, как износостойкость, коррозионная стойкость и другие.
Томские ученые разработали новый способ ионной имплантации, кардинально расширяющий возможности применения этого метода в промышленности. Так, по словам руководителя исследований, заведующего лабораторией высокоинтенсивной ионной имплантации ТПУ Александра Рябчикова, в экспериментальных условиях удалось повысить износостойкость нержавеющей стали более, чем в сто раз.
Кроме того, с помощью этой технологии можно создавать детали и изделия с заданными специфическими свойствами поверхности. К примеру, при ионном легировании циркония титаном формируется барьерный слой, препятствующий проникновению водорода, что может быть применено для увеличения срока и повышения безопасности эксплуатации ядерных топливных элементов.
Применение ионной имплантации в промышленных масштабах сегодня сдерживается малой толщиной формируемых ионно-легированных слоев. Решение этой проблемы за счет увеличения кинетической энергии потока ионов требует использования больших ускорителей, что экономически нецелесообразно.
«Предложенный нами способ увеличения глубины проникновения ионов в материал заключается в усилении радиационно-стимулированной диффузии пучками ионов очень высокой плотности, на 2–3 порядка превосходящими используемые в традиционной ионной имплантации», — рассказал Александр Рябчиков.
Полученные лабораторией результаты подтверждают возможность создания легированного поверхностного слоя глубиной до нескольких сотен микрометров, в то время как результаты других методов ионного легирования достигают глубины лишь в десятки и сотни нанометров.
Авторы исследования полагают, что развитие метода высокоинтенсивной имплантации ионов с низкой энергией может произвести революцию в технологиях улучшения свойств материалов. Дальнейшие исследования в этом направлении в перспективе позволят удешевить применение этой технологии и повысить качество продукции.
