Материаловеды из Саратовского государственного технического университета предложили метод формирования защитных танталовых покрытий на титане с использованием электроискрового нанесения. Технология может найти применение в производстве биосовместимых имплантатов и защите титановых деталей техники, работающей в экстремальных условиях.
Титан и его сплавы благодаря своей легкости, прочности и устойчивости к коррозии активно используют в медицине, авиации и энергетике. Однако в экстремальных условиях — при высоких температурах или в агрессивных средах с кислотами и химически активными веществами — даже титан требует дополнительной защиты, например, с помощью тантала, который обладает высокой химической стабильностью, долговечностью и биосовместимостью.
Традиционные методы нанесения танталовых покрытий, такие как распыление в плазме или лазерное спекание, имеют ряд недостатков: они требуют сложного оборудования и не всегда обеспечивают равномерное покрытие. Саратовские материаловеды разработали альтернативный подход. Подача коротких электрических разрядов с танталового электрода на титановую поверхность приводит к равномерному осаждению капель тантала на обрабатываемом материале.
Процедуру проводили в герметичной камере при различных условиях: нормальном и пониженном давлении, в атмосфере воздуха или аргона. Для равномерности покрытия ученые использовали систему позиционирование с числовым программным управлением, которая перемещала электрод относительно образца по заданной траектории. В результате исследователи получили танталовые покрытия толщиной от 3,6 до 22 мкм с различными характеристиками.
Анализ показал, что покрытия, сформированные в воздушной среде, содержали значительное количество кислорода (17-47%) и азота (2-4%). Эти элементы образуют оксиды и нитриды, которые повышают твердость и износостойкость слоев, но одновременно делают покрытие более хрупким, менее устойчивым к коррозии и снижают его биосовместимость.
Использование аргона снижало микротвердость покрытий до 5,3–9 ГПа, однако этих показателей достаточно для большинства потенциальных применений, например создания имплантатов. Таким образом, аргонная атмосфера позволяет получать покрытия с более предсказуемыми свойствами, что важно для высокотехнологичных применений.
Устойчивые изделия из титана пригодятся в медицине для создания биосовместимых имплантатов с улучшенными характеристиками. В промышленности технологию можно использовать для защиты титановых деталей техники, работающей в агрессивных средах, например корпусов морских судов и компонентов автомобильных двигателей.
Читать далее:
Вселенная внутри черной дыры: наблюдения «Уэбба» подтверждают странную гипотезу
Названа главная опасность брака: оказалось, это приводит к деменции
Ученые в тупике: «Уэбб» засек невозможный свет в галактике
На обложке: Процесс формирования танталового покрытия на титане методом электроискрового нанесения. Фото: Владимир Кошуро, предоставлено пресс-службой Российского научного фонда