Томские ученые увеличили стойкость покрытия титановых изделий в 5 раз

Новый метод образования соединений бора в поверхностных слоях титана позволит повысить износостойкость покрытий медицинских инструментов и других изделий из титана. Композит разработали специалисты Томского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук.

"Ученые из лаборатории перспективных технологий Томского научного центра СО РАН предложили перспективный метод контролируемого образования боридов в поверхностных слоях титана в процессе электронно-лучевой обработки, который позволяет регулировать структуру и свойства покрытия", – пояснили в Минобрнауки.

Самым перспективным методом получения композита для покрытий титановых изделий считается синтез армирующих частиц непосредственно в матрице металла. Как ТАСС, об этом рассказал член авторского коллектива, научный сотрудник Евгений Яковлев. В таком случае упрочняющие частицы образуются прямо внутри титановой основы в ходе реакции или термообработки, а не добавляются готовыми снаружи.

Проблема состоит в том, что контролируемого синтеза нужных частиц боридов в титановой матрице сложно добиться при облучении электронным пучком (сфокусированным потоком ускоренных электронов). На решение этой задачи и направлена новая технология.

Ученые сравнивают процесс синтеза с приготовлением многослойной лазаньи: на образец напыляются борсодержащая и боридобразующая пленки с определенным соотношением толщин. Затем они подвергаются импульсной обработке электронным пучком.

В ходе плавления пленок синтезируются боридные частицы. Далее цикл повторяется. В результате получаются нанокомпозитные покрытия, которые состоят из титановой матрицы и армирующих частиц диборида титана – TiB₂.

Ученые изучили различные режимы и выявили оптимальный вариант, когда при плотности энергии 3,5 джоуля на 1 кв. см образуются композитные покрытия с максимальным содержанием наночастиц TiB₂ (до 100 нанометров) в титановой матрице, что обеспечивает максимальную износостойкость. Результаты разработки были опубликованы в журнале Vacuum.

Титан используют в изделиях, для которых важны высокая удельная прочность, коррозионная стойкость и малый вес. Это авиа- и космические детали, медицинские изделия, энергетическое, химическое и морское оборудование, премиальные авто-компоненты, хоккейные клюшки, велосипедные компоненты и не только.

Но у титана есть слабые места. В частности, изделиям из легкого металла нужны стойкие покрытия, так как титан и многие титановые сплавы относительно плохо сопротивляются абразивному износу, и их поверхность быстро портится. При высоких температурах титан интенсивно окисляется и подвергается деградации.