Forskere demonstrerer, hvordan man forbedrer stålegenskaber

Forskere fra Tomsk Polytechnic University har opdateret legeringsprocessen, dvs. at forbedre egenskaberne af metal med urenheder, som ikke kun forbedrer materialernes slidstyrke, men også giver nye kvaliteter, der kræves af højteknologisk fremstilling, videnskab, og energi.

Undersøgelsens resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Overflade- og belægningsteknologi og præsenteret på konferencen om Surface Modification of Materials by Ion Beams (SMMIB) 2019, der for nylig fandt sted i Tomsk.

Nu, traditionelle legeringsmetoder rapporteres at have udtømt deres teknologiske potentiale. Derfor, metaller udsættes i stigende grad for stråler af ladede partikler, plasmastrømme, og laserstråling for at opnå avancerede materialer. Ionimplantation (ion-doping) er en af ​​de metoder, der kan ændre grundstofsammensætning, mikrostruktur, og morfologi af overfladelag, der bestemmer sådanne egenskaber som slidstyrke, korrosionsbestandighed, og andre.

Tomsk-forskere udviklede en ny metode til ionimplantation, der dramatisk udvider anvendelsen af ​​metoden i industrien. Ifølge Alexander Ryabchikov, lederen af ​​Laboratoriet for højintensiv ionimplantation, de har eksperimentelt været i stand til at forbedre slidstyrken af ​​rustfrit stål med mere end hundrede gange.

Ud over, denne teknologi gør det muligt at fremstille detaljer og produkter med nødvendige specifikke overfladeegenskaber. For eksempel, et barrierelag dannes ved iondoping af zirconium med titanium, forhindrer dermed iltindtrængning. Dette kan bruges til at øge levetiden og sikkerheden ved drift af nukleare brændselsceller.

I øjeblikket, den industrielle anvendelse af ion-doping er begrænset af den lille tykkelse af de dannede ion-doterede lag. Spørgsmålet, der skal løses gennem den øgede kinetiske energi af ionfluxen, indebærer brugen af ​​store acceleratorer, hvilket ikke er omkostningseffektivt.

"Vi foreslog at øge iongennemtrængningsdybden i materialet ved at forbedre den strålingsinducerede diffusion med ionstråler med høj tæthed, der er to til tre størrelsesordener overlegne i forhold til dem, der bruges i traditionel ionimplantation, " sagde Alexander Ryabchikov.

Resultaterne opnået i laboratoriet bekræfter muligheden for at skabe et doteret overfladelag med en dybde på flere hundrede mikrometer, mens andre metoder til ion-doping muliggør en dybde på flere tiere og hundreder af nanometer.

Forfatterne understreger, at udviklingen af ​​meget intensiv implantation af ioner med lav energi kan revolutionere teknologien til at forbedre materialeegenskaber. Yderligere forskning på dette område vil sætte os i stand til at reducere omkostningerne ved teknologiapplikationen og forbedre produkternes kvalitet.