Титансодержащие защитные покрытия широко используются при производстве медицинских изделий, микроэлектроники и детекторов электромагнитного излучения. Такие пленки примерно в 20 раз тоньше человеческого волоса - предотвращают быстрый износ металлических материалов, а также увеличивают их биосовместимость. Наиболее часто эти покрытия наносят на рабочие поверхности из газовой фазы, однако этот метод часто вызывает появление трещин в полученном защитном слое или металлической основе изделий, что снижает их качество.
"Российские ученые разработали новый метод нанесения сверхтвердых покрытий карбида титана на рабочие поверхности металлических инструментов. Такие покрытия помогают избежать ускоренного износа и увеличивают срок службы материала. Исследователи определили, что, строго контролируя температуру во время эксперимента, мощность индукционного нагревательного устройства, дистанцию распыления и продолжительность нанесения защитного слоя, можно кратно увеличить твердость как чистых металлов, так и углеродсодержащих сплавов", - говорится в сообщении.
Сотрудники Саратовского государственного технического университета имени Ю. А. Гагарина провели цикл исследований, посвященных защитным титаносодержащим покрытиям, и в новой работе предложили наносить их методом индукционно-термического вакуумного распыления. Предложенная технология состоит в том, что металл, на котором формировалась пленка, разогрели, используя для этого индуктор - нагревательный элемент, который бесконтактно и импульсно генерировал в образце вихревой электрический ток. Это вызвало быстрый и равномерный нагрев металла.
Микроструктура твердых и сверхтвердых покрытий, полученных при различных экспериментальных условиях. Источник: Александр Фомин
Ученые определили, что оптимальный диапазон - 850-1000 градусов Цельсия - более сильный нагрев приводил к снижению качества покрытия. Кроме того, физики установили, что именно при таких температурах из быстрорежущей инструментальной стали в вышележащий слой проникает углерод, который, соединяясь с титаном, образует карбид сложного состава, что придает дополнительную твердость. При этом концентрация карбидов титана также сильно зависела от времени нанесения пленки: оптимальное содержание углерода - 42-46% - наблюдалось при обработке в течение десяти минут.
"Мы экспериментально определили условия, при которых защитные титановые пленки содержат оптимальное количество карбидной фазы, что придает поверхности металлоизделия сверхтвердое состояние - около 60 гигапаскалей. Сверхтвердым материал называется, если его твердость превышает 40 гигапаскалей, для сравнения можно привести "эталонный" алмаз, чье значение колеблется от 70 до 150. Наша технология будет актуальна при изготовлении инструментов, требующих особой прочности и износостойкости, например, сменных режущих пластин для токарных резцов и фрез", - сказал один из авторов работы Александр Фомин, слова которого приводятся в сообщении.
