Ученые пытаются подвергать давлению покрытия

Исследователи в одном сингапурском научно-техническом управлении изучают микроструктуры материалов покрытий для того, чтобы сделать защитные покрытия еще более устойчивыми.

Команда A*STAR (Управления по науке, технологиям и исследованиям) выяснила, как твердые материалы, такие как нитрид хрома, использующиеся в качестве защитных покрытий против износа и коррозии, ведут себя при использовании в ситуациях высокого напряжения, сообщило правительственное агентство в пятницу (7 октября).

Это знание, по их словам, может привести к «производству еще лучших покрытий».

Повышение твердости

Устойчивость к износу может быть улучшена за счет увеличения жесткости, то есть силы, с которой материал может противостоять, прежде чем начинает деформироваться, отмечает A*STAR.

«В большинстве кристаллических материалов, эта деформация происходит тогда, когда дефекты, известные как дислокации, начинают двигаться через кристаллическую структуру материала», — объясняет агентство.

Материалы, используемые в покрытиях, как правило, очень хрупкие, они добавляют. Тем не менее, предыдущие исследования показали, что разрушить кристаллы, которые чрезвычайно малы, может быть очень трудно.

Это вдохновило Шиюй Лю и его команду из A*STAR Сингапурского института производственных технологий, посмотреть, как покрытия на основе нитрида хрома деформируются под давлением.

Тестирование деформации

После формирования микроскопических «столпов» материалов, размером около 380 нанометров, они сжимали структуры под алмазным плоским пробойником в сканирующем электронном микроскопе при температуре до 500 градусов Цельсия (932 градусов по Фаренгейту).

Ученые обнаружили, что покрытия на основе нитрида хрома, сделанные с очень мелкими зернами, то есть около 10 нанометров и разделенные тонкой зернограничной фазой, выдерживали гораздо большую силу, прежде чем деформировались.

На самом деле, «деформация началась при гораздо больших напряжениях, чем ожидалось, и близко к теоретически максимальному значению из расчетов», — сообщают исследователи.

Команда Лю объясняет, что это повышение стойкости под напряжением стало очевидным, когда зерна были настолько малы, что они не содержали дислокаций; в результате, приложенные силы должны быть достаточно большими, чтобы сформировать новые дислокации внутри зерен.

Кроме того, тонкая зернограничная фаза первоначально считалась основным фактором, определяющим свойства материала, отмечают они. Тем не менее, их исследование показывает, что это не так. В результате, это может обеспечить способ наверняка создать твердый материал, они добавляют.

Следующий этап

A*STAR сообщает, что результаты команды показывают, что формирование мелкозернистой микроструктуры может предоставить керамическое покрытие с повышенной твердостью и ударной вязкостью.

«Это может быть жизнеспособным подходом для развития сверхтвердых и жестких защитных покрытий для применений высоких температур и высокого давления», — говорит Лю.

Команда планирует использовать результаты в передовых производственных и инженерных применениях, таких как защитные покрытия для высокоскоростных обрабатывающих инструментов для сплавов на титановой и никелевой основе, пишет агентство.

Исследование команды было опубликовано недавно в Scripta Materialia и Applied Physics Letters.

Об A*STAR

Основанное в 1991 году, A*STAR является ведущим правительственным агентством Сингапура, которое находится в ведении Министерства торговли и промышленности Сингапура и посвящено содействию научным исследованиям мирового класса и способности к динамичной экономике, основанной на знаниях.