Ученые МИСИС создали новый износостойкий материал для энергетики
Учёные НИТУ «МИСИС» разработали новый композитный высокоэнтропийный сплав с наночастицами оксида алюминия
Учёные НИТУ «МИСИС» разработали новый композитный высокоэнтропийный сплав с наночастицами оксида алюминия, который стал прочнее и твёрже на десятки процентов, а его износостойкость увеличилась в шесть раз. Материал рассчитан на работу в условиях высоких температур и нагрузок и может применяться в авиации, энергетике и машиностроении. Об этом сообщили в пресс-службе университета.
«Одним из самых перспективных материалов считается высокоэнтропийный сплав, состоящий, как правило, из пяти и более металлов, концентрация которых находится в интервале от 5 до 35 ат. %. Такое сочетание создаёт особую микроструктуру, благодаря которой сплавы отличаются высокой твёрдостью и стабильностью при нагреве. Однако даже они могут разрушаться из-за трещин и окисления при длительной работе», — сказал директор научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС, доктор физико-математических наук Дмитрий Штанский, чьи слова приводятся в сообщении. Как известно, традиционные стали и сплавы нередко теряют прочность при нагреве, что ограничивает срок их службы и повышает риск аварий при эксплуатации энергетического и авиационного оборудования. Современной промышленности требуются материалы, которые сохраняют механические свойства в условиях высоких температур и давления, в том числе для изготовления двигателей, турбин и энергетических установок.
Коллектив НИТУ МИСИС предложил подход к повышению надёжности высокоэнтропийных сплавов. Исследователи синтезировали сплав из хрома, железа, кобальта, никеля и меди и ввели в его структуру наночастицы оксида алюминия размером всего несколько десятков нанометров. Эти частицы равномерно распределяются по объёму материала, укрепляют его структуру и препятствуют проникновению кислорода — одного из ключевых факторов разрушения при высоких температурах.
В результате полученный материал стал прочнее на 29%, твёрже на 27%, а его износостойкость увеличилась в шесть раз по сравнению с исходным сплавом. При нагреве до 750 °C скорость окисления снизилась в два раза. При этом композит сохраняет пластичность и не разрушается при сжатии даже после длительного нагрева. Улучшение свойств, как поясняют учёные, связано с особенностями микроструктуры: наночастицы оксида алюминия «скрепляют» кристаллические зёрна и замедляют движение атомов кислорода, предотвращая образование микротрещин.
«Новый композит может найти применение при изготовлении элементов, которые подвергаются высоким нагрузкам и температурным перепадам: деталей турбин и компрессоров, клапанов двигателей, сопловых элементов, защитных покрытий, а также контактных поверхностей электротехнического оборудования», — отметил инженер научного проекта научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС Умеджон Нарзуллоев.
Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds (Q1). Исследование выполнено при поддержке Минобрнауки России (грант № FSME-2022-0008).
«Одним из самых перспективных материалов считается высокоэнтропийный сплав, состоящий, как правило, из пяти и более металлов, концентрация которых находится в интервале от 5 до 35 ат. %. Такое сочетание создаёт особую микроструктуру, благодаря которой сплавы отличаются высокой твёрдостью и стабильностью при нагреве. Однако даже они могут разрушаться из-за трещин и окисления при длительной работе», — сказал директор научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС, доктор физико-математических наук Дмитрий Штанский, чьи слова приводятся в сообщении. Как известно, традиционные стали и сплавы нередко теряют прочность при нагреве, что ограничивает срок их службы и повышает риск аварий при эксплуатации энергетического и авиационного оборудования. Современной промышленности требуются материалы, которые сохраняют механические свойства в условиях высоких температур и давления, в том числе для изготовления двигателей, турбин и энергетических установок.
Коллектив НИТУ МИСИС предложил подход к повышению надёжности высокоэнтропийных сплавов. Исследователи синтезировали сплав из хрома, железа, кобальта, никеля и меди и ввели в его структуру наночастицы оксида алюминия размером всего несколько десятков нанометров. Эти частицы равномерно распределяются по объёму материала, укрепляют его структуру и препятствуют проникновению кислорода — одного из ключевых факторов разрушения при высоких температурах.
В результате полученный материал стал прочнее на 29%, твёрже на 27%, а его износостойкость увеличилась в шесть раз по сравнению с исходным сплавом. При нагреве до 750 °C скорость окисления снизилась в два раза. При этом композит сохраняет пластичность и не разрушается при сжатии даже после длительного нагрева. Улучшение свойств, как поясняют учёные, связано с особенностями микроструктуры: наночастицы оксида алюминия «скрепляют» кристаллические зёрна и замедляют движение атомов кислорода, предотвращая образование микротрещин.
«Новый композит может найти применение при изготовлении элементов, которые подвергаются высоким нагрузкам и температурным перепадам: деталей турбин и компрессоров, клапанов двигателей, сопловых элементов, защитных покрытий, а также контактных поверхностей электротехнического оборудования», — отметил инженер научного проекта научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС Умеджон Нарзуллоев.
Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds (Q1). Исследование выполнено при поддержке Минобрнауки России (грант № FSME-2022-0008).
