Ученые ТНЦ СО РАН предложили методологию формирования поверхностных сплавов заданного состава

Исследователи из лаборатории перспективных технологий Томского научного центра СО РАН создали качественно новую методологию, с помощью которой можно формировать широкий спектр сплавов заданного состава. Они вывели аналитическую формулу, позволяющую подобрать оптимальный режим формирования таких сплавов с помощью электронного пучка. Полученные данные ученые успешно подтвердили экспериментально на примере сплава цирконий-хром. Результаты этой работы опубликованы в высокорейтинговом журнале Materials Chemistry and Physics .

Поверхностные сплавы представляют собой особый тип покрытий, которые отличаются высокой степенью адгезии – сцепления покрытия и подложки и отсутствием четкой границы между ними. Именно это и делает поверхностные сплавы более привлекательными для использования в разных областях по сравнению с другими видами покрытий, для которых достаточно высок риск отслоения покрытия на границе с подложкой из-за разных физических свойств двух материалов.

У Томского научного центра СО РАН совместно с Институтом сильноточной электроники СО РАН и их партнером – инновационной компанией «Микросплав» накоплен значительный опыт по созданию такого типа оборудования, где с помощью электронного пучка в едином вакуумном цикле происходит напыление покрытия на ту или иную деталь или изделие и последующее формирование поверхностного сплава. Такие установки ранее были произведены и поставлены в разные регионы России, а также европейские и азиатские страны. Однако их широкому внедрению в промышленность препятствовало отсутствие четких и конкретно прописанных режимов формирования поверхностных сплавов.

– Как правило, раньше при работе с поверхностными сплавами использовался эмпирический метод: выбирались перспективные материалы, происходило напыление подложки на покрытие, а затем изучались свойства полученного поверхностного сплава, – поясняет директор ТНЦ СО РАН Алексей Марков. – Но не всегда удавалось добиться получения материалов нужного состава, другими словами, эмпирический метод оказывается не достаточно эффективным.

Коллектив ученых в составе директора ТНЦ СО РАН А.Б. Маркова, зав. лабораторией перспективных технологий ТНЦ СО РАН Андрея Соловьева, научных сотрудников Михаила Слободяна и Евгения Яковлева разработал методологию, позволяющую проводить формирование поверхностного сплава заданного состава. В рамках нее можно определить оптимальную плотность энергии электронного пучка, толщину наносимой на подложку пленки и количество итераций. С помощью аналитической формулы можно подобрать разные варианты и выбрать наиболее экономичный.

Ценность проделанной работы заключается в том, что теоретические расчеты подтвердились данными проведенных экспериментов на примере поверхностного сплава цирконий (подложка) – хром (покрытие). Полученные результаты имеют важное фундаментальное значение и широкое практическое применение. Предложенная учеными ТНЦ СО РАН методология работы с поверхностными сплавами положительно повлияет на их более активное использование в разных отраслях промышленности, в частности, где требуется улучшить электрические свойства материалов. Например, поверхностные сплавы наносятся на электроды вакуумных выключателей, применяются при производстве электрических компонентов рентгеновских трубок.