Российские исследователи применили синхротронное излучение Сибирского кольцевого источника фотонов для наблюдения за фазовыми превращениями в металле при импульсной обработке электронным пучком. Как сообщает ТАСС со ссылкой на Минобрнауки России, результаты позволяют подбирать параметры облучения для получения материала с заданными характеристиками.
В работе участвовали специалисты Томского научного центра СО РАН, Института физики прочности и материаловедения имени В. Е. Панина СО РАН, Института сильноточной электроники СО РАН и ЦКП «СКИФ». Метод синхротронной рентгеновской дифракции позволил им в реальном времени проследить изменения в многослойной системе бор — титан после каждого импульса.
Ранее для выбора режима обработки приходилось изготавливать множество отдельных образцов, что требовало значительных затрат времени и ресурсов. Новый подход дает возможность непосредственно во время эксперимента видеть перестройку структуры материала и определять режим, обеспечивающий необходимое сочетание твердости, износостойкости и пластичности.
Ученые наносили слои титана и гексаборида лантана на титановую подложку, а затем последовательно облучали образец электронным пучком. Плотность энергии меняли от минимальной до максимальной, после каждого импульса фиксируя текущий фазовый состав. В итоге исследователи выделили четыре сценария изменения структуры поверхностного слоя.
При низкой энергии материал лишь нагревался: происходили рекристаллизация и снятие внутренних напряжений без плавления. С увеличением энергии плавилось покрытие, а взаимодействие бора с титаном приводило к появлению диборида титана, обеспечивающего максимальную твердость и износостойкость. При дальнейшем повышении энергии начинала плавиться титановая подложка, и формировался менее насыщенный бором борид титана, подходящий для баланса твердости и пластичности.
На максимальных значениях энергии подложка плавилась на большой площади, равновесные бориды растворялись, а быстрое охлаждение создавало неравновесную фазу титана. Результаты работы опубликованы в Journal of Alloys and Compounds. В дальнейшем ученые планируют оснастить установку магнетроном, чтобы в реальном времени одновременно наблюдать процессы напыления и облучения.