Томские ученые повысили износостойкость стали в тысячи раз
Ученые из лаборатории высокоинтенсивной имплантации ионов Томского политеха придумали способ обработки стали, которые позволяет в десятки, а в некоторых случаях и тысячи раз повысить её износостойкость. Об этом сообщает пресс-служба вуза.
Ученые использовали метод ионной имплантации. Он позволяет модифицировать поверхностные слои сталей с существенным снижением их трения, повышением твердости, усталостной прочности и устойчивости к коррозии. Как правило, применение такого метода ограничивается относительно небольшой толщиной покрытия, что может оказаться недостаточным для критичных условий эксплуатации, предполагающих длительную устойчивость к механическим нагрузкам. Однако томские ученые показали подход, обеспечивающий возможность формирования ионно-легированных слоев с толщинами от единиц до десятков микрометров.
Метод предполагает совмещение нескольких процессов, влияющих на микроструктуру и свойства материала. Наряду с импульсно-периодической высокоинтенсивной имплантацией ионов с энергией в диапазоне от 50 до 100 кэВ, имеет место радиационно-стимулированная диффузия при плотности ионного тока порядка 1 А/см2, импульсный нагрев поверхности пучком высокой импульсной плотности мощности в диапазоне от нескольких десятков до нескольких сотен кВт/см2, сверхбыстрое охлаждение приповерхностного слоя за счет отвода тепла с поверхности 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, — рассказывает соавтор исследования, младший научный сотрудник научной лаборатории высокоинтенсивной имплантации ионов Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Ольга Корнева.
Исследования показали, что энергетическое воздействие мощного импульсного пучка ионов титана субмиллисекундной длительности на поверхность стали марки AISI 420 привело к повышению износостойкости в 50 раз. В более ранних исследованиях ученые доказали, что в режиме высокоинтенсивной имплантации импульсно-периодическими пучками ионов азота субмиллисекундной длительности высокой плотности мощности износостойкость стали марки AISI 321 увеличивается в 3 500 раз.
На следующих этапах исследования ученые продолжат изучать широкий ряд механических свойств ионно-легированных слоев таких как микротвердость, износостойкость, коррозионная и усталостная прочности, включая определение коэффициента трения, механизмов износа и поведения поверхностей при контакте. Проведут анализ характера износа и основных причин и видов повреждений.
Итогом исследования должна стать технология, которую можно будет внедрить на действующих промышленных предприятиях для повышения износостойкости, долговечности продукции, а также для создания новых или усовершенствованных деталей машин, инструментов, компонентов с повышенными эксплуатационными характеристиками.
Подписывайтесь на наш телеграм-канал «Томский Обзор».