Российские учёные разработали инновационные защитные нанопокрытия для стали на основе бора с добавлением тантала и хрома.
Вопрос защиты стальных деталей и конструкций от износа, коррозии и высоких температур волнует металлургов и инженеров уже не одно столетие. За это время было разработано множество специализированных сталей — жаропрочных, нержавеющих и антикоррозионных. Например, в коллекции Политехнического музея представлены изделия из нержавеющей стали, демонстрирующие технологии защиты от коррозии, применявшиеся ещё в 1930-х годах. Однако современные технические вызовы требуют принципиально новых решений.
Сегодня многие детали в промышленности подвергаются комплексному воздействию: агрессивные химические среды, высокие температуры, водяной пар и абразивные частицы действуют одновременно. Одним из перспективных направлений стало создание многофункциональных покрытий, эксплуатационные свойства которых превосходят характеристики основного материала.
Учёные Новосибирского государственного технического университета совместно с Институтом ядерной физики имени Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук разработали инновационные защитные нанопокрытия на основе бора с добавлением тантала и хрома. Эти покрытия значительно увеличивают срок службы изделий в машиностроении. В основе технологии лежат соединения бора — бориды, известные своей высокой твёрдостью, прочностью и химической стойкостью. В состав наплавочных смесей также включены микродобавки коррозионно-стойких и тугоплавких компонентов — тантала и хрома. Их способность быстро образовывать защитную плёнку при контакте с кислотами повышает коррозионную стойкость покрытий.
Для формирования покрытий использовался промышленный ускоритель электронов ЭЛВ-6. Пучок электронов с энергией до 2,5 МэВ проникает в слой наплавляемого порошка, расплавляя его вместе с тонким поверхностным слоем изделия. При охлаждении материалы образуют покрытие толщиной до 5 мм, которое прочно соединяется со сталью благодаря широкой переходной зоне.
Новые покрытия демонстрируют выдающиеся показатели износо- и жаростойкости. Особенно впечатляют их термические свойства: некоторые типы покрытий выдерживают температуру до 950°C. В ходе экспериментов учёные подтвердили, что материалы устойчивы к истиранию, коррозии и экстремальным температурам. Благодаря высокой твёрдости боридов износостойкость покрытий в 6 раз превышает аналогичный показатель нержавеющей стали.