Учёные ЮУрГУ продолжают создавать новые сплавы, имеющие высокую жаропрочность.
Таков высокоэнтропийный сплав из алюминия, хрома, никеля, кобальта с небольшим добавлением платины.
Сплав создан в рамках проведения исследовательских работ по гранту РНФ на тему ?Жаростойкие высокоэнтропийные сплавы для использования в термобарьерных покрытиях в качестве металлического подслоя?.
Руководит проектом научный сотрудник кафедры материаловедения и физико-химии материалов Ольга Самойлова, над сплавом работали и учёные ЮУрГУ Евгений Трофимов, Наталья Шабурова, Мариапан Анандкумар, а также Светлана Працкова и Полина Плотникова.
Высокоэнтропийными сплавами называют ?коктейли? из пяти или более металлов, каждый из которых привносит в новый материал собственные уникальные свойства.
В ходе эксперимента сплавы состава?Al?,?CoCr?,?NiPt?,??и?AlCoCr?,?NiPt?,??выплавились в вакуумной печи при 1670–1730?°C из чистых компонентов.
Затем образцы выдерживали 100 часов при температуре?1100?°C?на воздухе, каждые 10 часов взвешивая с точностью до 0,00001 грамма.
Методами сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового анализа и энергодисперсионной спектроскопии исследовали структуру и состав оксидных плёнок, формирующихся на поверхности металлических образцов при нагреве.
Сплав с меньшим содержанием алюминия показал привес массы 0.965 мг/см2, а второй 0.675 мг/см2.
?Чем меньше привес – тем менее сплав подвержен окислению. В окислительной атмосфере печи – при доступе кислорода – на нём образуется оксидная плёнка. Привес образцу даёт именно она. Этот процесс будет продолжаться всё время, пока изделие эксплуатируется при высоких температурах — например, в работающем газотурбинном двигателе?, – рассказала Наталья Шабурова.
Впрочем, у второго сплава даже оксидная плёнка – окалина оказалась ?эксклюзивной?. Плотная, из чистого корунда (оксида алюминия) она имела толщину всего 3-5 мкм.
Согласно полученным данным большую роль в торможении процесса окисления играет добавка в сплав платины. Она замедляет диффузию кислорода, улучшает сцепление окалины с металлом, не образуя сама при этом ?хрупких? фаз.
Исследователи планируют продолжить эксперимент: увеличить время изотермической выдержки до 500–1000 часов, чтобы оценить долговременную стабильность оксидной плёнки, а также провести термогравиметрический анализ с контролируемыми нагревом и охлаждением.
Кроме того, им предстоит изучить изменения механических свойств и размера зёрен сплава после длительной высокотемпературной эксплуатации.
В перспективе разрабатываемый в ЮУрГУ материал может заменить никелевые суперсплавы в газотурбинных двигателях, теплозащитных покрытиях, а также найти применение в авиации, ракетной технике и энергетике. Он окисляется в 2-10 раз медленнее никелевых сплавов, не содержит железа и имеет пониженное содержание хрома, что также снижает скорость окисления.
входящем во второй квартиль научной периодики Scopus. Исследование поддержано грантами Российского научного фонда и Правительства Челябинской области.