Уникальные сплавы разработали ученые из Томска: они пригодятся в космической промышленности и в исследованиях Арктики

Совершенно недавно работникам Лаборатории физики прочнейших кристаллов ТГУ удалось первыми в мире получить архитектуру сплавов, которая имеет уникальную способность к возрождению исходной формы и деформации до 15 %. Изыскателям удалось добиться предельных значений, к которым тяготеют научные команды, занимающиеся разработкой сплавов с памятью формы. Сырье с колоссальной величиной обратимой деформации будет применяться в космической промышленности, микросистемных технологиях и робототехнике. Более подробно о новом достижении физиков Томска поговорим далее.

Что говорит Юрий Чумляков

«Высокоэнтропийные сплавы, в отличие от обычных, состоят из 5 и более элементов, взятых в эквимолярных или эквиатомных концентрациях. Благодаря такой компоновке мы можем создавать материалы с исключительными функциональными свойствами, - говорит Юрий Чумляков, заведующий Лабораторией физики прочнейших кристаллов СФТИ ТГУ. – В рамках нового изыскательского проекта, который поддержали РНФ и DFG, работники лаборатории трудились со сплавами Fe-28%Ni-17%Co-11.5%Al-2.5X (X=Ti, Ta, Nb, Nb+Ti). Когда они добавили наночастицы, то смогли произвести обратимое изменение до 13,5 %. Предельно рассчитанный ресурс деформации, которого пытаются достичь материаловеды всего мира, – 8,7 %. Физики ТГУ – первые вышли на результат, в 2 раза превышающий абстрактный ресурс, и рассказали о механизме этого процесса».

Итоги изысканий физиков ТГУ будут служить научной базой для изготовления новых функциональных и конструкционных материалов на основе высокоэнтропийных сплавов, пригодных для Арктики и космоса.

Сообщение от Анны Евтифеевой

Еще больше приблизиться к наилучшим величинам физики Томска смогли, работая с ферромагнитными сплавами CoNiAl и NiFeGa(Co). Известно, что изыскатели всего мира пытаются выйти на теоретический потенциал деформации в 16 %.

«Мы смогли достичь колоссальной деформации 15 % в ферромагнитных сплавах благодаря развитию процессов переориентации конструкции низкотемпературной фазы под нагрузкой, - говорит Анна Евтифеева, сотрудник Лаборатории ТГУ. – Этот процесс мы активировали с помощью ранее запатентованной нами методики – старения в мартенситной степени под нагрузкой».

Применение новых сплавов

Отличные результаты, которые сумели получить томские физики на ферромагнитном сырье, могут быть задействованы для разработки магнито- и термоконтролируемых силовых деталей, применяемых в робототехнике (в механизмах для ног или пальцев роботов и т. д.) и космической отрасли. Кроме этого, способность сплавов видоизменяться и возвращаться к прежнему состоянию можно использовать в системах пожарной безопасности. Если в помещении повысится температура, материал изменит свою форму и активизирует пожарную сигнализацию.

Важным условием для практического использования сырья с обратимой высокой деформацией является стабильность показателей этой деформации при эксплуатации, а также усталостная функциональная долговечность. В этой связи физики ТГУ планируют исследовать циклическую стабильность полученных качеств, чтобы добиться устойчивых эксплуатационных особенностей и в дальнейшем внедрить новые материалы в производство.

Нюансы

Коллектив лаборатории представил новые итоги исследований на недавней конференции «Мезомеханика физическая. Производственные интеллектуальные технологии и материалы с многоуровневой единообразно организованной конструкцией», которая проводилась на базе ИФПМ СО РАН. Разработки ученых финансировали два гранта РНФ, немецкий фонд DFG и грант Научного фонда ТГУ им. Д. И. Менделеева.

Лаборатория СФТИ ТГУ – один из лидеров по изготовлению монокристаллов, которые служат базой для новых материалов, обладающих износостойкостью, эффектом памяти формы и повышенной прочностью. Ее ученые разрабатывают совместные проекты с коллегами из Китая, США, Испании, Германии, Японии и Венгрии.

«Высокоэнтропийными сплавами (ВЭС) именуют новейший класс соединений, дизайн которых базируется не на добавлении малого объема металла к единственному базовому элементу (к примеру, бронза – это медь, смешанная с оловом), а на соединении многих металлов в равных количествах, - говорит Ирина Киреева, сотрудник Лаборатории ТГУ. – В случае с высокоэнтропийными сплавами атомы разных элементов размещаются произвольным образом в решетке, то есть это сплавы неупорядоченные».