Forskare från Tomsk Polytechnic University har uppdaterat legeringsprocessen, d.v.s. förbättra egenskaperna hos metall med föroreningar, som inte bara förbättrar slitstyrkan hos material utan också ger nya kvaliteter som krävs av högteknologisk tillverkning, vetenskap, och energi.

Studieresultaten publicerades i tidskriften Yt- och beläggningsteknik och presenterades vid konferensen om Surface Modification of Materials by Ion Beams (SMMIB) 2019 som nyligen ägde rum i Tomsk.

Vid det här laget, traditionella legeringsmetoder rapporteras ha uttömt sin tekniska potential. Därför, metaller utsätts alltmer för strålar av laddade partiklar, plasmaflöden, och laserstrålning för att erhålla avancerade material. Jonimplantation (jondopning) är en av de metoder som kan förändra elementär sammansättning, mikrostruktur, och morfologi hos ytskikt som bestämmer egenskaper som slitstyrka, korrosionsbeständighet, och andra.

Tomsk-forskare utvecklade en ny metod för jonimplantation som dramatiskt utökar tillämpningarna av metoden inom industrin. Enligt Alexander Ryabchikov, chefen för Laboratoriet för högintensiv jonimplantation, de har experimentellt kunnat förbättra slitstyrkan hos rostfritt stål med mer än hundra gånger.

Dessutom, denna teknologi gör det möjligt att tillverka detaljer och produkter med nödvändiga specifika ytegenskaper. Till exempel, ett barriärskikt bildas genom jondopning av zirkonium med titan, förhindrar därmed syrepenetration. Detta kan användas för att öka livslängden och säkerheten vid drift av kärnbränsleceller.

För närvarande, den industriella användningen av jondopning begränsas av den lilla tjockleken på de bildade jondopade skikten. Frågan som ska lösas genom den ökade kinetiska energin hos jonflödet innebär användning av stora acceleratorer, vilket inte är kostnadseffektivt.

"Vi föreslog att öka joninträngningsdjupet i materialet genom att förbättra den strålningsinducerade diffusionen med jonstrålar med hög densitet som är två till tre storleksordningar överlägsna de som används vid traditionell jonimplantation, sa Alexander Ryabchikov.

Resultaten som erhållits i laboratoriet bekräftar möjligheten att skapa ett dopat ytskikt med ett djup på flera hundra mikrometer, medan andra metoder för jondopning möjliggör ett djup på flera tiotals och hundratals nanometer.

Författarna betonar att utvecklingen av mycket intensiv implantation av joner med låg energi skulle kunna revolutionera tekniken för att förbättra materialegenskaper. Ytterligare forskning inom detta område kommer att göra det möjligt för oss att minska kostnaderna för teknologiapplikationen och förbättra kvaliteten på produkterna.