Исследователи из лаборатории перспективных технологий Томского научного центра СО РАН создали качественно новую методологию, с помощью которой можно формировать широкий спектр сплавов заданного состава. Они вывели аналитическую формулу, позволяющую подобрать оптимальный режим формирования таких сплавов с помощью электронного пучка. Полученные данные ученые успешно подтвердили экспериментально на примере сплава цирконий-хром. Результаты этой работы опубликованы в высокорейтинговом журнале Materials Chemistry and Physics.
Поверхностные сплавы представляют собой особый тип покрытий, которые отличаются высокой степенью адгезии — сцепления покрытия и подложки и отсутствием четкой границы между ними. Именно это и делает такие материалы более привлекательными для использования в разных областях по сравнению с другими видами покрытий, для которых достаточно высок риск их отслоения на границе с подложкой из-за разных физических свойств двух материалов.
ТНЦ СО РАН, Институт сильноточной электроники СО РАН и инновационная компания «Микросплав» обладают значительным опытом создания такого типа оборудования, где с помощью электронного пучка в едином вакуумном цикле происходит напыление покрытия на ту или иную деталь или изделие и последующее формирование поверхностного сплава. Подобные установки и ранее производились и поставлялись в разные регионы России, а также европейские и азиатские страны. Однако их широкому внедрению в промышленность препятствовало отсутствие четких и конкретно прописанных режимов формирования поверхностных сплавов.
«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, – поясняет директор ТНЦ СО РАН кандидат физико-математических наук Алексей Борисович Марков. — Но не всегда удавалось добиться получения материалов нужного состава, другими словами, эмпирический метод оказывается не достаточно эффективным».
Коллектив ученых, в который, помимо Алексея Маркова, вошли заведующий лабораторией перспективных технологий ТНЦ СО РАН кандидат технических наук Андрей Вениаминович Соловьев и научные сотрудники кандидат технических наук Михаил Степанович Слободян и Евгений Витальевич Яковлев, разработал методологию, позволяющую проводить формирование поверхностного сплава с необходимыми свойствами. В ее рамках можно определить оптимальную плотность энергии электронного пучка, толщину наносимой на покрытие пленки и количество итераций. С помощью аналитической формулы подбираются разные варианты, из которых определяется наиболее экономичный.
Важно, что теоретические расчеты подтвердились данными проведенных экспериментов на примере поверхностного сплава цирконий (подложка) — хром (покрытие). Полученные результаты имеют не только фундаментальное значение, но и широкое практическое применение. Предложенная учеными ТНЦ СО РАН методология работы с поверхностными сплавами положительно повлияет на их более активное использование в разных отраслях промышленности, в частности там, где требуется улучшить электрические свойства материалов. Например, поверхностные сплавы наносятся на электроды вакуумных выключателей и применяются при производстве электрических компонентов рентгеновских трубок.
Пресс-служба ТНЦ СО РАН
