Gli scienziati della Tomsk Polytechnic University hanno aggiornato il processo di lega, cioè migliorare le proprietà del metallo con le impurità, che non solo migliora la resistenza all'usura dei materiali, ma fornisce anche nuove qualità richieste dalla produzione hi-tech, scienza, ed energia.

I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Tecnologia delle superfici e dei rivestimenti e presentato alla conferenza su Surface Modification of Materials by Ion Beams (SMMIB) 2019 che si è tenuta di recente a Tomsk.

Da adesso, si dice che i metodi di lega tradizionali abbiano esaurito il loro potenziale tecnologico. Perciò, i metalli sono sempre più esposti a fasci di particelle cariche, flussi di plasma, e radiazione laser per ottenere materiali avanzati. L'impianto ionico (doping ionico) è uno di quei metodi che possono cambiare la composizione elementare, microstruttura, e morfologia degli strati superficiali che determinano proprietà quali resistenza all'usura, resistenza alla corrosione, e altri.

Gli scienziati di Tomsk hanno sviluppato un nuovo metodo di impianto ionico che amplia notevolmente le applicazioni del metodo nell'industria. Secondo Alexander Ryabchikov, il capo del Laboratorio per l'impianto di ioni ad alta intensità, sono stati in grado di migliorare sperimentalmente la resistenza all'usura dell'acciaio inossidabile di oltre cento volte.

Inoltre, questa tecnologia consente di realizzare dettagli e prodotti con proprietà superficiali specifiche necessarie. Per esempio, uno strato barriera è formato dal drogaggio ionico dello zirconio con il titanio, impedendo così la penetrazione dell'ossigeno. Questo può essere utilizzato per aumentare la durata e la sicurezza di funzionamento delle celle a combustibile nucleare.

Attualmente, l'uso industriale del drogaggio ionico è vincolato dal piccolo spessore degli strati drogati con ioni formati. Il problema da affrontare attraverso l'aumento dell'energia cinetica del flusso ionico implica l'uso di grandi acceleratori, che non è conveniente.

"Abbiamo proposto di aumentare la profondità di penetrazione ionica nel materiale migliorando la diffusione indotta dalle radiazioni con fasci ionici ad alta densità che sono da due a tre ordini di grandezza superiori a quelli utilizzati nell'impianto ionico tradizionale, " ha detto Aleksandr Ryabchikov.

I risultati ottenuti in laboratorio confermano la possibilità di realizzare uno strato superficiale drogato con profondità di alcune centinaia di micrometri, mentre altri metodi di drogaggio ionico consentono una profondità di diverse decine e centinaia di nanometri.

Gli autori sottolineano che lo sviluppo dell'impianto altamente intensivo di ioni a bassa energia potrebbe rivoluzionare la tecnologia per migliorare le proprietà dei materiali. Ulteriori ricerche in questo campo ci consentiranno di ridurre il costo dell'applicazione della tecnologia e migliorare la qualità dei prodotti.