Wetenschappers van de Tomsk Polytechnic University hebben het legeringsproces bijgewerkt, d.w.z. het verbeteren van de eigenschappen van metaal met onzuiverheden, die niet alleen de slijtvastheid van materialen verbetert, maar ook nieuwe kwaliteiten biedt die vereist zijn voor hi-tech productie, wetenschap, en energie.

De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Oppervlakte- en coatingtechnologie en gepresenteerd op de conferentie over Surface Modification of Materials door Ion Beams (SMMIB) 2019 die onlangs plaatsvond in Tomsk.

Tegen deze tijd, traditionele legeringsmethoden zouden hun technologisch potentieel hebben uitgeput. Daarom, metalen worden steeds meer blootgesteld aan bundels geladen deeltjes, plasmastromen, en laserstraling om geavanceerde materialen te verkrijgen. Ionenimplantatie (iondoping) is een van die methoden die de elementaire samenstelling kan veranderen, microstructuur, en morfologie van oppervlaktelagen die eigenschappen als slijtvastheid, corrosieweerstand, en anderen.

Tomsk-wetenschappers ontwikkelden een nieuwe methode voor ionenimplantatie die de toepassingen van de methode in de industrie drastisch uitbreidt. Volgens Alexander Ryabchikov, het hoofd van het Laboratorium voor Hoogintensieve Ionenimplantatie, ze hebben de slijtvastheid van roestvrij staal meer dan honderd keer experimenteel kunnen verbeteren.

In aanvulling, deze technologie maakt het mogelijk om details en producten te vervaardigen met de benodigde specifieke oppervlakte-eigenschappen. Bijvoorbeeld, een barrièrelaag wordt gevormd door iondotering van zirkonium met titanium, waardoor het binnendringen van zuurstof wordt voorkomen. Dit kan worden gebruikt om de levensduur en de bedrijfsveiligheid van nucleaire brandstofcellen te verlengen.

Momenteel, het industriële gebruik van iondotering wordt beperkt door de geringe dikte van de gevormde ion-gedoteerde lagen. Het probleem dat moet worden aangepakt door de verhoogde kinetische energie van de ionenstroom, impliceert het gebruik van grote versnellers, wat niet kostendekkend is.

"We hebben voorgesteld om de ionenpenetratiediepte in het materiaal te vergroten door de stralingsgeïnduceerde diffusie te verbeteren met ionenbundels met hoge dichtheid die twee tot drie orden van grootte superieur zijn aan die welke worden gebruikt bij traditionele ionenimplantatie, ' zei Alexander Ryabchikov.

De resultaten verkregen in het laboratorium bevestigen de mogelijkheid om een ​​gedoteerde oppervlaktelaag te creëren met een diepte van enkele honderden micrometers, terwijl andere methoden van iondotering een diepte van enkele tientallen en honderden nanometers mogelijk maken.

De auteurs benadrukken dat de ontwikkeling van zeer intensieve implantatie van ionen met lage energie een revolutie teweeg zou kunnen brengen in de technologie van het verbeteren van materiaaleigenschappen. Verder onderzoek op dit gebied zal ons in staat stellen de kosten van de technologische toepassing te verlagen en de kwaliteit van producten te verbeteren.