СКИФ открыл новый подход к управлению свойствами металла

Российские исследователи, используя синхротронное излучение Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ), изучили фазовые изменения в металле при облучении электронным пучком. Это исследование открывает возможность задавать характеристики металла, выбирая параметры облучения, как сообщили в Минобрнауки РФ. Об этом сообщает сайт ТАСС.

Группа ученых из Томского научного центра СО РАН, Института физики прочности и материаловедения им. В. Е. Панина СО РАН, Института сильноточной электроники СО РАН и ЦКП "СКИФ" с помощью синхротронной рентгеновской дифракции в реальном времени исследовала эволюцию фазовых превращений в многослойной системе бор-титан при облучении электронным пучком. Это открытие закладывает основу для перехода от эмпирического подбора режимов обработки к рациональному проектированию композитов с заданными свойствами.

По словам заведующего лабораторией перспективных технологий ТНЦ СО РАН Евгения Яковлева, ранее для подбора режима обработки металла ученым приходилось создавать множество образцов, что занимало много времени и ресурсов. Теперь же новый метод позволяет наблюдать изменения структуры материала после каждого импульса электронного пучка в процессе эксперимента. Это дает возможность быстро тестировать различные режимы и сразу видеть, какой из них обеспечивает необходимые свойства, такие как твердость, износостойкость или пластичность.

В ходе эксперимента ученые облучали многослойный материал из титана и гексаборида лантана на титановой подложке серией импульсов электронного пучка. После каждого импульса фиксировались фазы материала с помощью синхротронного излучения. Энергия пучка варьировалась от минимальной до максимальной, что позволило выявить четыре сценария изменения структуры в зависимости от энергии. Таким образом, был создан "путеводитель" по фазовому составу поверхностного слоя.

Исследование показало, что при низкой плотности энергии материал нагревается, но не плавится, что позволяет проводить рекристаллизацию и снимать внутренние напряжения. При увеличении энергии плавятся только верхние слои покрытия, что обеспечивает максимальную твердость и износостойкость. При дальнейшем увеличении плотности энергии плавится и титановая подложка, что приводит к образованию менее насыщенного боридом титана, что интересно для достижения баланса между твердостью и пластичностью. На максимальных значениях энергии подложка плавится обширно, что приводит к образованию уникальной неравновесной фазы титана.

Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом журнале Journal of Alloys and Compounds. В дальнейшем ученые планируют дополнить установку магнетроном для одновременного наблюдения за напылением и облучением в реальном времени.