W NCBJ powstają warstwy metaliczne o wysokiej entropii

Magdalena Wilczopolska i Grzegorz Witold Strzelecki, doktoranci NCBJ, prezentują katody z pierwiastkami używane w badaniach nad wytwarzaniem wieloskładnikowych warstw o wysokiej entropii. (Źródło: NCBJ / Katarzyna Nowakowska-Langier)
Magdalena Wilczopolska i Grzegorz Witold Strzelecki, doktoranci NCBJ, prezentują katody z pierwiastkami używane w badaniach nad wytwarzaniem wieloskładnikowych warstw o wysokiej entropii. (Źródło: NCBJ / Katarzyna Nowakowska-Langier)

Aluminium, tytan, nikiel, niob i wolfram – pięć pierwiastków składa się na warstwy o wysokiej entropii, wyprodukowane w Narodowym Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Świerku. Składniki te nie połączyłyby się tak w typowych warunkach termodynamicznych.

Jak informuje NCBJ, w inżynierii materiałowej coraz więcej uwagi poświęca się pokrywaniu materiałów warstwami wieloskładnikowych stopów o wysokiej entropii. Właściwości fizyczne i chemiczne takich powłok są wyraźnie lepsze niż konwencjonalnych stopów. Lekkie stopy o wysokiej entropii uchodzą za szczególnie trudne do wyprodukowania, bo pierwiastki takie jak tytan czy aluminium łatwo tworzą niepożądane w tym przypadku fazy metaliczne.

Do wytworzenia nowej warstwy metalicznej w Laboratorium Plazmowej Inżynierii Powierzchni w Świerku użyto impulsowego rozpylania magnetronowego. Naukowcy opisali swoje osiągnięcie w artykule na łamach czasopisma „Surface and Coatings Technology”.

Aparatura do napylania magnetronowego w Laboratorium Plazmowej Inżynierii Powierzchni w Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Świerku. (Źródło: NCBJ / Katarzyna Nowakowska-Langier)
Aparatura do napylania magnetronowego w Laboratorium Plazmowej Inżynierii Powierzchni w Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Świerku. (Źródło: NCBJ / Katarzyna Nowakowska-Langier)

MAGNETRONY - ZNAJOMI Z KUCHNI

Magnetrony odpowiadają m.in. za generowanie mikrofal w kuchenkach mikrofalowych. W plazmowej inżynierii powierzchni wykorzystuje się fakt, że zachodzące w magnetronach wyładowanie jarzeniowe silnie jonizuje neutralny gaz obecny w komorze próżniowej urządzenia (zwykle jest to niewchodzący w reakcje argon). Powstająca plazma efektywnie oddziałuje z materiałami wyjściowymi na katodzie. Rozpylone przez plazmę składniki stopniowo osadzają się na docelowych przedmiotach umieszczonych w komorze próżniowej. To umożliwia precyzyjne kontrolowanie składu, struktury i grubości formujących się warstw.

„W naszych urządzeniach plazmę generujemy w warunkach impulsowo zmiennych. Ten tryb pracy pozwala nam wytwarzać pokrycia z wieloskładnikowych stopów nierównowagowych o dużej entropii, czyli takich, których składniki w typowych warunkach termodynamicznych nie połączyłyby się w podobny sposób. Charakteryzujący te materiały nierównowagowy stan strukturalny można wykorzystać do późniejszego kształtowania nanostruktury docelowego materiału, a w konsekwencji do nadawania mu określonych właściowości” - mówi dr hab. inż. Katarzyna Nowakowska-Langier, prof. NCBJ cytowana w materiale prasowym.

NAUKOWCY KONTRA ENTROPIA

W konwencjonalnych stopach dominują jeden lub dwa pierwiastki, a ewentualne dodatki, jeśli w ogóle są obecne, pojawiają się w śladowych ilościach. Stopy o wysokiej entropii składają się z co najmniej czterech pierwiastków o zbliżonych stężeniach, w praktyce wahających się w zakresie od 5 proc. do 35 proc.

„W przemyśle, zwłaszcza motoryzacyjnym i lotniczym, sporym zainteresowaniem cieszą się stopy metali lekkich. Zaprojektowaliśmy więc pokrycie z aluminium i tytanu, które w celu poprawy parametrów wytrzymałościowych i termicznych uzupełniliśmy o nikiel, niob i wolfram. Krytyczne okazało się odpowiednie przygotowanie próbek wyjściowych, tak by mimo użycia tylko jednego magnetronu zapewnić zaplanowane proporcje metali. Jednocześnie musieliśmy zadbać o wyeliminowanie potencjalnych zanieczyszczeń, które obniżyłyby parametry wytworzonych warstw” - uzupełnia informację doktorant NCBJ Grzegorz Witold Strzelecki.

Zapewnił, że przedmioty poddawane napylaniu magnetronowemu mimo wystawienia na działanie plazmy nie nagrzewają się do wysokich temperatur. Dlatego pięcioskładnikowe warstwy z NCBJ będzie można nanosić na podłoża różnego typu, nawet polimerowe.

Badania nad impulsowym rozpylaniem magnetronowym są rozwijane w Świerku od kilkunastu lat. Działające tu Laboratorium Plazmowej Inżynierii Powierzchni, utworzone ze środków Narodowego Centrum Nauki w Zakładzie Technologii Plazmowych i Jonowych, współpracje z Wydziałem Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej, Instytutem Fizyki PAN i Centrum Doskonałości NOMATEN.

Nauka w Polsce

kol/ zan/

Fundacja PAP zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: naukawpolsce.pl, a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - naukawpolsce.pl. Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów wideo.

Czytaj także

  • Fot. Adobe Stock

    Ekspert: Polski teleskop poleci w przyszłym roku na orbitę Księżyca

  • Na zdj. od lewej: mgr inż. Stefania Wolff (WFTiMS PG i IMP PAN), mgr Angelika Łepek (WFTiMS PG), prof. Jacek Ryl (WFTiMS PG), dr hab. inż. Katarzyna Siuzdak, prof. IMP PAN (IMP PAN), dr inż. Wiktoria Lipińska (IMP PAN, absolwentka PG), dr hab. inż. Andrzej Nowak, prof. PG (WChem PG). Fot. Krzysztof Mystkowski / Politechnika Gdańska

    Naukowcy z Politechniki Gdańskiej zamienili kapustę pekińską w materiał do sensorów

Przed dodaniem komentarza prosimy o zapoznanie z Regulaminem forum serwisu Nauka w Polsce.

newsletter

Zapraszamy do zapisania się do naszego newslettera