Аналитическую формулу, с помощью которой можно подбирать оптимальный режим нанесения на детали поверхностные сплавы, вывели ученые из лаборатории перспективных технологий Томского научного центра (ТНЦ) СО РАН, 14 октября сообщает издание СО РАН «Наука в Сибири».

Качественно новая методология, созданная исследователями, позволяет наносить на деталь с помощью сильноточного электронного пучка широкий спектр сплавов заданного состава. Ее экспериментальная проверка была выполнена на примере сплава цирконий-хром.

Результаты исследования методологии ученые представили в статье «Прогнозирование состава поверхностных сплавов, формируемых импульсным плавлением предварительно нанесенных покрытий», опубликованной в журнале Materials Chemistry and Physics.

В статье они отмечают, что модификация поверхности металлов и сплавов обработкой концентрированными потоками энергии позволяет повысить как отдельные характеристики деталей, так и надежность всего устройства в целом, что выдвигает ее в первый ряд перспективных материаловедческих технологий.

Однако такая технология не позволяет изменять элементный состав поверхностного слоя детали, что в некоторых случаях не дает возможности получить требуемые свойства. Этого недостатка позволяет избежать формирование на детали покрытия из поверхностных сплавов.

Поверхностные сплавы — особый вид покрытий с высокой степенью адгезии (сцепления покрытия и подложки) за счет взаимопроникновения металлов детали и покрытия.

Особенность предложенной томскими учеными методологии заключается в том, что в отличие от ранее существующих, они предложили одноэтапный метод нанесения покрытий из поверхностного сплава.

Это стало возможным благодаря комплексной электронно-лучевой установке «РИТМ-СП», включающей в себя источник сильноточного электронного пучка и магнетронные распылители, находящиеся в общей вакуумной камере.

Установка была создана в результате совместной работы ТНЦ СО РАН, Института сильноточной электроники СО РАН и инновационной компании «Микросплав». Широкому внедрению таких устройств в промышленность мешало отсутствие четко разработанных режимов формирования поверхностных сплавов.

Директор ТНЦ СО РАН кандидат физико-математических наук Алексей Марков пояснил:

«Как правило, раньше при работе с поверхностными сплавами использовался эмпирический метод: выбирались перспективные материалы, происходило напыление подложки на покрытие, а затем изучались свойства полученного поверхностного сплава».

Однако при этом не всегда удавалось получить покрытие нужного состава. Поэтому коллективом ученых ТНЦ была разработана методология, которая давала возможность рассчитать процесс получения покрытия из поверхностного сплава с необходимыми свойствами.

По этой методологии определяется оптимальная плотность энергии электронного пучка, толщина наносимой пленки металла покрытия и количество итераций. Аналитическая формула, разработанная учеными, позволяет создать несколько вариантов процесса, из которых можно выбрать наиболее экономичный для конкретного производства.

Исследователи подтвердили свои теоретические расчеты экспериментально на примере поверхностного сплава цирконий (подложка) — хром (покрытие).

Проделанная ими работа имеет как фундаментальное значение, так и широкое практическое применение.

Предложенная учеными ТНЦ СО РАН методология продвинет использование покрытий из поверхностных сплавов в разных отраслях промышленности, в том числе там, где от детали требуются хорошие электрические свойства, например, при производстве электрических компонентов рентгеновских трубок или электродов вакуумных выключателей.