Российские исследователи смогли создать технологию, которая способна сократить отжиг металлов и сплавов в тысячу и больше раз. Работа исследователей представлена в журнале Surface and Coatings Technology.

В основе нового метода лежит облучение материала потоком ионов металлов и газов. Такая обработка сплава позволила улучшить его электрические, магнитные, механические, трибологические и другие свойства. Например, эффект снижения ваттных потерь для магнитомягких материалов после такого отжига составил от 5% до 35% на частотах от 50 до 10 000 Гц.

«При облучении ион, который вышел из источника, приобретает высокую скорость и попадает в приповерхностный слой материала толщиной несколько десятков нанометров. Ион «расталкивает» от 3 до 30 тысяч атомов, сконцентрированных в наноразмерной области, и заставляет их сталкиваться между собой. Такое количество столкновений приводит к выделению большого количества энергии. С сопоставимой скоростью энергия выделяется при ядерном взрыве», — рассказывает один из исследователей, главный научный сотрудник лаборатории пучковых воздействий Института электрофизики УрО РАН профессор Владимир Овчинников.

За одну пикосекунду область воздействия разогревается до 5000–6000 °C — температуры поверхности Солнца. Из-за такого разогрева и расширения материала возникает радиационно-динамический механизм перестройки. В своей работе ученые испытали технологию на сплаве алюминий-литий-медь-магний. Такие сплавы имеют высокую прозрачность и пластичность, благодаря чему используются в аэрокосмической отрасли. Авторы направляли на материал пучок ионов аргона, разогнанных до высокой скорости.

В результате ученые показали, что такой короткий отжиг, длящийся до нескольких десятков секунд, более эффективен, чем традиционный процесс, происходящий в течение двух-шести часов при 370–4000 °C. Использование такой технологии оказалось более эффективным и экономичным. По словам исследователей, новый метод позволит значительно сэкономить энергию и снизить трудоемкость процесса.

«Несмотря на столь хороший результат, это еще не предел. Мы планируем усовершенствовать технологию так, чтобы после нескольких минут обработки в вакуумной камере ионного имплантера на выходе можно было получить материал с совершенно другими, улучшенными свойствами, — говорит Владимир Овчинников. — Принципиально возможен непрерывный ввод в вакуум и вывод из него листовых и проволочных материалов».