Les scientifiques de l'Université polytechnique de Tomsk ont ​​mis à jour le processus d'alliage, c'est-à-dire améliorer les propriétés du métal avec des impuretés, qui non seulement améliore la résistance à l'usure des matériaux mais fournit également de nouvelles qualités requises par la fabrication de haute technologie, science, et de l'énergie.

Les résultats de l'étude ont été publiés dans la revue Technologie des surfaces et des revêtements et présenté à la conférence sur Surface Modification of Materials by Ion Beams (SMMIB) 2019 qui a eu lieu récemment à Tomsk.

A présent, les méthodes d'alliage traditionnelles auraient épuisé leur potentiel technologique. Par conséquent, les métaux sont de plus en plus exposés à des faisceaux de particules chargées, flux de plasma, et le rayonnement laser afin d'obtenir des matériaux avancés. L'implantation ionique (dopage ionique) est l'une de ces méthodes qui peuvent changer la composition élémentaire, microstructure, et la morphologie des couches de surface qui déterminent des propriétés telles que la résistance à l'usure, résistance à la corrosion, et d'autres.

Les scientifiques de Tomsk ont ​​développé une nouvelle méthode d'implantation ionique qui étend considérablement les applications de la méthode dans l'industrie. Selon Alexandre Riabchikov, le responsable du laboratoire d'implantation ionique à haute intensité, ils ont été capables d'améliorer expérimentalement la résistance à l'usure de l'acier inoxydable de plus de cent fois.

En outre, cette technologie permet de fabriquer des détails et des produits avec les propriétés de surface spécifiques nécessaires. Par exemple, une couche barrière est formée par dopage ionique de zirconium avec du titane, empêchant ainsi la pénétration de l'oxygène. Cela peut être utilisé pour augmenter la durée de vie et la sécurité de fonctionnement des piles à combustible nucléaires.

Actuellement, l'utilisation industrielle du dopage ionique est contrainte par la faible épaisseur des couches dopées ioniques formées. Le problème à résoudre par l'augmentation de l'énergie cinétique du flux ionique implique l'utilisation de grands accélérateurs, ce qui n'est pas rentable.

"Nous avons proposé d'augmenter la profondeur de pénétration des ions dans le matériau en améliorant la diffusion induite par le rayonnement avec des faisceaux d'ions à haute densité supérieurs de deux à trois ordres de grandeur à ceux utilisés dans l'implantation ionique traditionnelle, ", a déclaré Alexandre Ryabchikov.

Les résultats obtenus en laboratoire confirment la possibilité de créer une couche superficielle dopée d'une profondeur de plusieurs centaines de micromètres, tandis que d'autres méthodes de dopage ionique permettent une profondeur de plusieurs dizaines et centaines de nanomètres.

Les auteurs soulignent que le développement de l'implantation très intensive d'ions à faible énergie pourrait révolutionner la technologie d'amélioration des propriétés des matériaux. Des recherches plus poussées dans ce domaine nous permettront de réduire le coût de l'application de la technologie et d'améliorer la qualité des produits.