Наноструктурирование поверхности металла: 
сила зерен и кристаллитов

Наноструктурирование поверхности металла - передовая технология, помогающая изменить его поверхностный слой таким образом, чтобы в нем сформировались нанокристаллические системы. Суть метода заключается в создании структурных элементов (зерен, кристаллитов) размером от 1 до 100 нанометров. Этот процесс приводит к значительному изменению свойств поверхности металла на самых глубинных уровнях - атомном и молекулярном. В результате: 

• увеличивается плотность границ зерен,
• изменяется атомная структура материала,
• формируются уникальные физико-механические характеристики его поверхности.
  
  

Принципы формирования
нанокристаллических структур

В ходе формирования нанокристаллических структур происходят несколько процессов:

• интенсивная пластическая деформация. При наноструктурировании металла  возникает высокая плотность дислокаций в материале;
• фрагментация зерен - разделение крупных на более мелкие под воздействием механических или термических напряжений;
• рекристаллизация - образование новых мелких зерен из деформированной структуры;
• ограничение роста зерен - предотвращение укрупнения сформированных наноструктур;
• управление фазовыми превращениями - контроль над структурными изменениями при термомеханической обработке;
• создание градиентных структур - формирование переходного слоя между наноструктурированной поверхностью и основным материалом;
• эффект поверхностной сегрегации - перераспределение легирующих элементов в приповерхностных слоях.

Знание физики процесса позволяет специалистам создавать на поверхности металлоизделий уникальные структуры с заданными свойствами.

Основные методы
наноструктурирования металлов

Достичь такого впечатляющего эффекта можно принципиально разными способами, причем для наноструктурирования поверхности деталей не всегда требуется дорогостоящее оборудование. Например, метаморфозы поверхности могут начаться при интенсивной пластической деформации: равноканальном угловом прессовании, кручении под высоким давлением или всесторонней ковке. Еще один вариант - поверхностная механическая обработка: ультразвуковая ударная, шариковая или фрикционная. 

К методам высокоскоростной деформации относятся динамическое прессование и высокоскоростная ковка. К способам термомеханической обработки - циклическая термомеханическая и криогенная деформация.

Наноструктурирование поверхности изделий можно выполнять и немеханическими способами. К ним относятся осаждение из газовой фазы - химическое или физическое, электрохимические технологии (электроосаждение и анодное оксидирование), а также лазерные.
 

Преимущества наноструктурирования металла

У каждого из методов наноструктурирования поверхности металла есть преимущества и ограничения. Но их эффективность трудно оспорить. Разные технологии и подходы могут гарантировать:   

• повышение твердости поверхности в 2-5 раз по сравнению с обычным состоянием;
• снижение скорости изнашивания в 10-100 раз;
• увеличение предела выносливости на 20-50%;
• повышение коррозионных свойств в несколько раз;
• изменение электро-, теплопроводности, магнитной проницаемости; 
• проявление эффекта сверхпластичности;
• улучшение адгезии поверхности к разным покрытиям. 

Перед классическими технологиями обработки поверхности, например, шлифованием, погружением в химические реагенты, выдерживанием в печи, наноструктурирование металла отличается тем, что предлагает уникальное сочетание свойств. И такие их комбинации, которые достижимы с трудом или невозможны: допустим, одновременное повышение прочности и пластичности. При значительном улучшении поверхностных характеристик свойства основного материала сохраняются, а его химический состав остается неизменным.  

Большинство методов наноструктурирования не требует использования вредных химических веществ. А применять их можно не только ко всему изделию, но и к отдельным его участкам. Нанотехнологии работают с широким спектром металлов и сплавов, а кроме повышенных эксплуатационных характеристик наделяют их новыми, нехарактерными возможностями.    

Применение нанопокрытия деталей

Наноструктурирование поверхности деталей востребовано в разных отраслях: от очевидных до весьма неожиданных. Перечислим основные и укажем хотя бы по одному способу применения: 

• машиностроение - износостойкие компоненты трансмиссий,
• космонавтика и самолетостроение - термостойкие покрытия для турбин,
• автомобилестроение - кузовные детали с повышенной прочностью,
• медицина - имплантаты и хирургические инструменты,
• энергетика - компоненты топливных ячеек,
• электроника - материалы для микроэлектромеханических систем,
• изготовление спортинвентаря - велосипедные рамы,
• химическая промышленность - фильтрующие элементы с нанопористой структурой,
• военная техника - стволы оружия,
• пищевая промышленность - антибактериальные поверхности оборудования. 

Мы перечислили далеко не все сферы, где нанотехнологии раскрывают все свои возможности. И готовы выполнить наноструктурирование поверхности изделий именно для вашей продукции. Обращайтесь - и вы приятно удивитесь “перезагрузке”, которая с ней произошла.    

Услуга			Стоимость, тыс. руб./кв.м
Лазерная гравировка с формированием нанорельефа			от 5
Лазерное текстурирование поверхности для повышения смачиваемости			от 10
Лазерное нанесение нанопокрытий для повышения износостойкости			от 15
Электрохимическое травление для создания наноразмерных структур			от 3
Электрохимическое осаждение нанопокрытий для повышения коррозионной стойкости			от 8
Плазменное травление для создания наноразмерных структур			от 7
Плазменное напыление нанопокрытий для повышения износостойкости и теплопроводности			от 12
Наноимпринтинг			от 10
Нанолитография			от 15