Ученые лаборатории высокоинтенсивной имплантации ионов ТПУ разработали метод обработки стали с помощью импульсного пучка ионов металлов и газов. Как рассказала пресс-служба Минобрнауки порталу Наука Mail, эксперименты подтвердили: метод меняет структуру материала и улучшает его свойства. Износостойкость стали AISI 420 повысилась в 50 раз, AISI 321 — в 3500 раз. Результаты исследования опубликованы в журнале The European Physical Journal — Plus (Q2, IF: 2,9).
Сталь — основной конструкционный материал для деталей машин и оборудования в промышленности. Чтобы продлить срок их службы, повышают ее износостойкость. Один из перспективных способов — ионная имплантация: она снижает трение, повышает твердость, усталостную прочность и коррозионную устойчивость стали. Однако у метода есть ограничение — небольшая глубина модифицированного слоя, что не всегда подходит для условий высоких механических нагрузок. Ученые Томского политеха разработали метод, позволяющий формировать ионно‑легированные слои толщиной от единиц до десятков микрометров.
Метод сочетает несколько процессов, влияющих на микроструктуру и свойства материала: импульсно‑периодическую высокоинтенсивную имплантацию ионов (энергия 50−100 кэВ), радиационно‑стимулированную диффузию (плотность ионного тока около 1 А/см²), импульсный нагрев поверхности пучком высокой плотности мощности (от десятков до сотен кВт/см²) и сверхбыстрое охлаждение приповерхностного слоя за счет отвода тепла вглубь материала.
Сверхбыстрое охлаждение решает проблему снижения температуры матричного материала при имплантации до уровня, при котором не происходит деградация его свойств. С другой стороны, сверхбыстрое охлаждение даже без ионного легирования может существенно повлиять на микроструктуру и эксплуатационные свойства материала за счет эффекта сверхзакалки.
Исследования показали: воздействие мощного импульсного пучка ионов титана субмиллисекундной длительности на сталь AISI 420 повышает ее износостойкость в 50 раз. Ранее ученые выяснили, что при высокоинтенсивной имплантации импульсно‑периодическими пучками ионов азота субмиллисекундной длительности высокой плотности мощности износостойкость стали AISI 321 растет в 3500 раз.
На следующих этапах ученые продолжат изучать механические свойства ионно‑легированных слоев — микротвердость, износостойкость, коррозионную и усталостную прочность, а также определят коэффициент трения, механизмы износа и поведение поверхностей при контакте, проанализируют характер износа и основные причины повреждений.
Наша конечная цель — разработать технологию, которую можно будет внедрить на действующих промышленных предприятиях для повышения износостойкости, долговечности продукции, а также для создания новых или усовершенствованных видов продукции — деталей машин, инструментов, компонентов с повышенными эксплуатационными характеристиками.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что в Перми придумали эффективный способ добывать литий из нефтяных скважин.
