Ученые нашли способ увеличить срок службы стали в 50 раз

Томские ученые нашли способ увеличить срок службы стали в 50 раз. Метод позволяет модифицировать слои толщиной от единиц до десятков микрометров, что снижает трение, повышает твердость, усталостную прочность и устойчивость к коррозии, сообщили ТАСС в Минобрнауки РФ.

Источник: Freepik

«Коллектив научной лаборатории высокоинтенсивной имплантации ионов ТПУ разработал новый метод обработки стали с помощью воздействия импульсного пучка ионов металлов и газов. Лабораторные эксперименты показали, что такой подход способен менять структуру и свойства материала, улучшая его эксплуатационные характеристики. Так, ученым удалось повысить износостойкость стали марки AISI 420 в 50 раз», — сказано в сообщении.

Сталь — основной конструкционный материал для изготовления деталей машин и технологического оборудования во всех отраслях промышленного производства. Для увеличения их срока службы используют разные способы повышения износостойкости стали. Один из способов — применение ионной имплантации, которая позволяет модифицировать поверхностные слои сталей: снижать их трение, повышать твердость, усталостную прочность и устойчивость к коррозии. Однако ее применение ограничивается относительно небольшой глубиной модифицированного слоя.

Ученые ТПУ нашли метод формирования ионно-легированные слои с толщинами от единиц до десятков микрометров. Метод сочетает несколько процессов, которые влияют на структуру и свойства материала. В него входит импульсная высокоинтенсивная имплантация ионов, радиационно-стимулированная диффузия, быстрый нагрев поверхности пучком, а также очень быстрое охлаждение верхнего слоя за счет отвода тепла внутрь 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», — отметила соавтор исследования, младший научный сотрудник научной лаборатории высокоинтенсивной имплантации ионов Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Ольга Корнева.

Специалисты продолжат изучать механические свойства ионно-легированных слоев. Они определят коэффициент трения, механизмы износа и поведение поверхностей при контакте, проведут анализ причин повреждений и характера износа. И в конечном итоге ученые хотят разработать технологию для внедрения на производства, которая повысит износостойкость и долговечность продукции, а также позволит создавать новые или усовершенствованные детали машин, инструментов. Работа ученых поддержана Министерством науки и высшего образования РФ. Результаты исследования опубликованы в журнале The European Physical Journal — Plus.