В стенах Саратовского государственного технического университета имени Ю. А. Гагарина был проведен цикл исследований, в результате которых разработан уникальный метод нанесения инновационного защитного слоя на поверхность металлов. Слой будет увеличивать прочность и износостойкость металлических предметов.
Защита нужна везде
В медицине, микроэлектронике, в токарном деле и в других отраслях существуют повышенные требования к прочности металлических изделий. К примеру, после изготовления хирургического скальпеля на него нужно нанести карбидный слой. Именно он подарит изделию прочность и защитит его от агрессивной окружающей среды.
Вещество под названием карбид было создано совершенно случайно. В 1892 году французский химик Анри Муассан, в особой для того времени электрической печи, пытался создать искусственные алмазы. Сделать красивые камни не вышло, но вместо этого у него получились особые соединения металла с углеродом. Именно они заложили основу будущим группам износостойких материалов, которые используются до сих пор. В итоге карбид – это твердый сплав, который состоит из фаз твердого и связующего металлов.
Как все происходит
Долгое время ученые всех стран пытались создать самый оптимальный защитный слой. Данный процесс сложный и энергозатратный. Чтобы карбид равномерно лег на поверхность стали и имел повышенные защитные свойства, нужно соблюдать особый температурный режим как самого вещества, так и металла. Надо учитывать, в каких фракциях он находится, каким способом будет наноситься и многое другое.
Сейчас защитный слой наносят с применением газовой фазы. Титан нагревается в вакууме при температуре 1200-1500°С, превращается в защитный слой толщиной меньше человеческого волоса и равномерно покрывает поверхность. Но у метода есть изъяны – образование многочисленных трещин, которые негативно сказываются на качестве изделия.
Российский прорыв
Прорыв саратовских ученых заключается в изменении метода нанесения, а именно в индукционно-термическом вакуумном распылении. Далее они смогли определить оптимальную температуру нагрева самой стали, которая оказалась в 1,5 раза меньше общепринятой и составила 850-1000°С.
Такая температура не приводит к образованию трещин. В защитный слой попадает нужное количество углерода, который придает дополнительную твердость. Стоит отметить, что сверхтвердым материал называется, если его твердость превышает 40 гигапаскалей; для сравнения можно привести «эталонный» алмаз, чьи показатели варьируются от 70-ти до 150-ти. И последним открытием стало время нанесения – самые прочные карбидные соединения образовывались при обработке, которая длилась 10 минут.
