Ученые из лаборатории перспективных технологий Томского научного центра СО РАН разработали метод контролируемого образования боридов в поверхностных слоях титана при электронно‑лучевой обработке.
Как сообщила пресс-служба Минобрнауки РФ порталу Наука Mail, технология позволяет регулировать структуру и свойства покрытия, а подобранные оптимальные параметры процесса увеличивают его износостойкость более чем в 5 раз. Такие покрытия востребованы в производстве медицинских изделий и инструментальной промышленности. Результаты исследования опубликованы в журнале Vacuum.
В их числе стоит отметить более высокую термодинамическую стабильность и межфазную связь между матрицей и армирующим наполнителем и меньшее количество дефектов, что может значительно улучшить эффект усиления в получаемом композитном покрытии. При этом зачастую при облучении электронным пучком нельзя добиться контролируемого синтеза нужных частиц боридов в титановой матрице. Новизна проделанной работы заключается в том, что такая возможность была продемонстрирована.
Контролируемый синтез боридов в поверхностных слоях титана похож на приготовление лазаньи: на образец напыляют борсодержащую и боридобразующую пленки в определенном соотношении толщин, а затем обрабатывают их импульсным электронным пучком — под его действием пленки плавятся и синтезируются боридные частицы. Цикл повторяют, пока не получится нанокомпозитное покрытие: титановая матрица с армирующими частицами диборида титана.
Ученые подобрали оптимальный режим: при плотности энергии 3,5 Дж/см2 образуются композитные покрытия с максимальным содержанием наночастиц TiB2 (до 100 нм) в титановой матрице — это увеличивает износостойкость до пяти раз. Если плотность энергии выше (4,5−5,5 Дж/см2), подложка чрезмерно плавится, меняется соотношение титана и бора в поверхностном слое, из‑за чего содержание боридов и износостойкость снижаются в 2−3 раза.
В дальнейшем ученые планируют изучить, как легирующие элементы в подложке влияют на образование боридов, а также исследовать формирование боридов других металлов и сложных боридов.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что уральские ученые создали экологичный стройматериал из угольных отходов.
