Ученые Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) и Института электрофизики УрО РАН разработали метод синтеза четырехкомпонентных нанокомпозитных покрытий. Новый подход не требует высоких температур, дополнительных установок или материалов, а также позволяет получать покрытия с необходимыми характеристиками. Результаты экспериментов и описание метода опубликованы в журнале Membranes. Исследование поддержал Российский научный фонд (грант № 20-79-10059).
Покрытия синтезируют с помощью ряда физических и химических методов, однако они имеют недостатки. Уральские ученые предложили метод плазмохимического разложения, который показал лучшие результаты.
В сравнении с вакуумно-дуговым методом, преимуществом является отсутствие микрокапель, ухудшающих качество покрытий. В отличие от магнетронного распыления, наш метод обеспечивает более высокие скорости осаждения, высокую плотность потока ионов, необходимую для формирования плотных и качественных покрытий. Если сравнивать с химическим методом, то преимущество состоит в использовании безопасных с точки зрения экологии и вреда здоровью, доступных и недорогих компонентов. Главным достоинством метода, на наш взгляд, является возможность независимо и в широких пределах управлять практически всеми условиями синтеза, а, следовательно, составом и свойствами получаемых покрытий, что дает возможность получать пленки с требуемыми характеристиками.
Новый метод относительно прост в реализации: для создания многокомпонентной активной среды используется только газоразрядное устройство с полым катодом и активным анодом. Такой способ осаждения не требует отдельных установок и систем ионизации и фильтрации, поскольку поток испаряемого металла не содержит капель, нарушающих структуру покрытия.
Нанокомпозитные покрытия на основе титана, кремния, углерода, азота начали производить относительно недавно, около 20 лет назад. Их используют для защиты газотурбинных двигателей в авиа- и машиностроении, для металлообработки, а также в биомедицине. Такие покрытия перспективны в качестве защитных благодаря уникальному набору свойств. Так, высокая термостойкость и стойкость к окислению позволяют применять их в экстремальных условиях в агрессивных средах, например, на деталях авиационных или ракетных двигателей. Антифрикционные свойства, высокая твердость и хорошая ударная вязкость позволяют использовать их на режущих инструментах (резцы, сверла, фрезы и т. п.). Высокая стойкость к пылевой эрозии дает возможность использовать покрытие для защиты лопаток газотурбинных двигателей. Они также обладают хорошей биосовместимостью и применимы для покрытия медицинских протезов и имплантатов.
На основе материала ТАСС