Российские учёные предложили новый метод, который позволит повысить коррозионную стойкость стали в несколько раз.
Учёные из Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий Московского физико-технического института, Института сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук и Томского государственного университета применили метод высокодозовой ионной имплантации пучками ионов хрома и аргона для поверхностного легирования аустенитно-мартенситной стали ВНС-5.
Этот дорогостоящий материал применяется в авиапромышленности и для изготовления самых ответственных узлов морских судов. Но в морских условиях ВНС-5 проявляет низкую коррозионную стойкость, что мотивировало учёных на поиск новых методов её обработки.
Новый метод ионной имплантации позволит модифицировать поверхностные слои толщиной до 100 нм, что улучшит коррозионные свойства материала при сохранении его прочностных свойств. На материал воздействуют пучком ионов хрома и аргона, генерируемым с помощью нового типа ионного источника на основе импульсного магнетронного разряда.
«Обработка пучками ионов хрома и аргона позволяет достигнуть самых высоких показателей долговременной коррозионной стойкости, когда-либо достигаемых методами ионной имплантации, — рассказал Виктор Семин, старший научный сотрудник лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ. — Результат впечатляет. До этого в нашей лаборатории мы много лет обрабатывали промышленные стали и сплавы, но эффект либо был кратковременным, либо малозначительным».
Физики сравнивали ионную имплантацию с методом химической пассивации, когда исследуемый образец погружается в специальный раствор на 140 часов для формирования на поверхности соединений хрома. При ионной имплантации поверхностные слои образцов легируются — образуется слой, богатый оксидом хрома, повышающий способность материала противостоять коррозии и препятствующий её распространению «вглубь».
Изучили и электрохимические параметры и коррозионную стойкость обработанных деталей в морской среде. После химической пассивации коррозионный ток, отражающий скорость, с которой материал будет окисляться, снижается незначительно. Ионная имплантация позволяет получить снижение тока в 7,8 раза. При этом коррозионные повреждения практически не воздействуют на «слабые» части оксидной плёнки — оксиды железа.
Главное преимущество ионной имплантации состоит в том, что модифицированный слой не имеет границы раздела с подложкой. Этот слой будет служить ровно столько, сколько служит сама деталь. У всех покрытий есть проблема сцепления с подложкой, что может привести к отслоению защитного покрытия под воздействием внешних условий. Для образцов, обработанных с помощью ионной имплантации, такой проблемы не наблюдается.
Учёные планируют расширить исследования, применив метод и на других марках стали.Учёные из Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий Московского физико-технического института, Института сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук и Томского государственного университета применили метод высокодозовой ионной имплантации пучками ионов хрома и аргона для поверхностного легирования аустенитно-мартенситной стали ВНС-5.
Этот дорогостоящий материал применяется в авиапромышленности и для изготовления самых ответственных узлов морских судов. Но в морских условиях ВНС-5 проявляет низкую коррозионную стойкость, что мотивировало учёных на поиск новых методов её обработки.
Новый метод ионной имплантации позволит модифицировать поверхностные слои толщиной до 100 нм, что улучшит коррозионные свойства материала при сохранении его прочностных свойств. На материал воздействуют пучком ионов хрома и аргона, генерируемым с помощью нового типа ионного источника на основе импульсного магнетронного разряда.
«Обработка пучками ионов хрома и аргона позволяет достигнуть самых высоких показателей долговременной коррозионной стойкости, когда-либо достигаемых методами ионной имплантации, — рассказал Виктор Семин, старший научный сотрудник лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ. — Результат впечатляет. До этого в нашей лаборатории мы много лет обрабатывали промышленные стали и сплавы, но эффект либо был кратковременным, либо малозначительным».
Физики сравнивали ионную имплантацию с методом химической пассивации, когда исследуемый образец погружается в специальный раствор на 140 часов для формирования на поверхности соединений хрома. Необходимо заметить, что такая продолжительность пассивации — частный случай. При ионной имплантации поверхностные слои образцов легируются — образуется слой, богатый оксидом хрома, повышающий способность материала противостоять коррозии и препятствующий её распространению «вглубь».
Изучили и электрохимические параметры и коррозионную стойкость обработанных деталей в морской среде. После химической пассивации коррозионный ток, отражающий скорость, с которой материал будет окисляться, снижается незначительно. Ионная имплантация позволяет получить снижение тока в 7,8 раза. При этом коррозионные повреждения практически не воздействуют на «слабые» части оксидной плёнки — оксиды железа.
Главное преимущество ионной имплантации состоит в том, что модифицированный слой не имеет границы раздела с подложкой. Этот слой будет служить ровно столько, сколько служит сама деталь. У всех покрытий есть проблема сцепления с подложкой, что может привести к отслоению защитного покрытия под воздействием внешних условий. Для образцов, обработанных с помощью ионной имплантации, такой проблемы не наблюдается.
Учёные планируют расширить исследования, применив метод и на других марках стали.