СКИФ открыл возможности управления свойствами металла при обработке

Российские ученые провели исследование с использованием синхротронного излучения Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ), изучая фазовые превращения в металле при импульсном облучении электронным пучком. Это открытие позволит задавать необходимые характеристики металла, выбирая параметры облучения, как сообщили в Минобрнауки РФ. Об этом сообщает ТАСС.

Коллектив исследователей из Томского научного центра СО РАН, Института физики прочности и материаловедения им. В. Е. Панина СО РАН, Института сильноточной электроники СО РАН и ЦКП "СКИФ" применил метод синхротронной рентгеновской дифракции в реальном времени для изучения эволюции фазовых превращений в многослойной системе бор-титан. Это исследование создает основу для перехода от эмпирического подбора режимов обработки к рациональному проектированию поверхностных композитов с заданными свойствами.

По словам заведующего лабораторией перспективных технологий ТНЦ СО РАН Евгения Яковлева, ранее ученым приходилось создавать множество отдельных образцов для подбора режима обработки, что было длительным и затратным процессом. Теперь с помощью нового метода можно наблюдать изменения в структуре материала после каждого импульса электронного пучка, что позволяет быстро тестировать различные режимы обработки и сразу определять, какой из них обеспечивает необходимые свойства покрытия, такие как твердость, износостойкость или пластичность.

В ходе эксперимента ученые облучали многослойный материал из титана и гексаборида лантана на титановой подложке серией импульсов электронного пучка. Синхротронное излучение фиксировало фазы в материале после каждого импульса, при этом плотность энергии пучка варьировалась от минимальной до максимальной. В результате были выявлены четыре сценария изменения структуры в зависимости от энергии, что фактически создало "путеводитель" по фазовому составу поверхностного слоя.

Исследование показало возможность целенаправленного получения материалов с нужными эксплуатационными характеристиками, выбирая параметры облучения. Теперь исследователи и инженеры могут быстро находить оптимальные сценарии, экономя время и ресурсы.

При низкой плотности энергии материал не плавится, а лишь нагревается, что позволяет проводить рекристаллизацию и снимать внутренние напряжения. Этот режим подходит для отжига, когда структура должна остаться прежней.

С увеличением энергии плавятся только верхние слои покрытия, бор из гексаборида лантана взаимодействует с титаном, образуя диборид титана, что обеспечивает максимальную твердость и износостойкость.

При дальнейшем увеличении плотности энергии плавится и титановая подложка, что приводит к снижению концентрации бора и образованию менее насыщенного боридом титана. Это важно для достижения баланса между твердостью и пластичностью.

На пиковых значениях энергии подложка плавится значительно, равновесные бориды растворяются, а сверхбыстрая закалка приводит к образованию уникальной неравновесной фазы титана.

Результаты исследования были опубликованы в высокорейтинговом журнале Journal of Alloys and Compounds. В дальнейшем ученые планируют дополнить установку магнетроном для одновременного наблюдения за процессами напыления и облучения в реальном времени.