​Коллектив лаборатории физики высокопрочных кристаллов ТГУ при поддержке РНФ работает над созданием высокоэнтропийных сплавов, отличающихся необычной структурой кристаллической решетки. Именно она обеспечивает новым материалам комплекс механических характеристик, которые делают их пригодными для использования в экстремальных условиях космоса и Арктики – при высоких и низких температурах, под нагрузкой и при воздействии радиации и других. 

Объектом исследования физиков ТГУ являются высокоэнтропийные сплавы FeNiCoCr(+Al, TiAl и Mo). Соединения с таким химическим составом используются только в поликристалическом состоянии. Сотрудники лаборатории под началом ее заведующего Юрия Чумлякова первыми в мире смогли вырастить монокристаллы и упрочнили их наночастицами. В настоящее время физики исследуют микроструктуру, механизмы деформации и механические свойства полученных монокристаллов.

– Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) – это новый класс соединений, дизайн которых основывается не на добавлении небольшого количества металла к одному базовому элементу (например, бронза — это медь с добавлением олова), а на смешивании многих металлов в приблизительно равных количествах, – объясняет руководитель проекта, сотрудник лаборатории физики высокопрочных кристаллов Ирина Киреева. – В случае с высокоэнтропийными сплавами атомы различных элементов располагаются произвольным образом в решетке, т.е. это неупорядоченные сплавы.

Такие сплавы состоят обычно из пяти и более компонентов. Все атомы имеют одинаковую вероятность расположения в определенном узле решетки. Наличие разнородных атомов элементов с разными размерами приводит к существенному искажению кристаллической решетки и затруднению диффузии, что, в свою очередь, обеспечивает рост прочностных свойств и их стабильность в широком температурном интервале.

Уникальная структура обеспечивает высокоэнтропийному сплаву целый комплекс важных эксплуатационных характеристик, таких как твердость, износостойкость, устойчивость к окислению и коррозии, высокая термическая стабильность по сравнению с традиционными материалами. Эти свойства позволяют найти широкое применение ВЭС в экстремальных температурных условиях ниже 120 К (-153°С) (криогенные температуры).

– В рамках проекта особое внимание будет уделено микроструктуре сплава FeNiCoCr(+Al, TiAl и Mo), – говорит Ирина Киреева. – За счет изменения микроструктуры, а именно выделения наноразмерных частиц, планируется расширить рабочий интервал температур материала, что позволит эксплуатировать его не только в области низких температур, но и в высокотемпературном режиме – до +700°С.

Результаты исследований физиков ТГУ послужат научной основой для создания новых конструкционных и функциональных материалов на основе ВЭС, адаптированных для космоса и пригодных для изготовления конструкций в условиях Арктики. Тонкие пленки из ВЭС могут быть использованы в качестве защитных покрытий, тепловых барьеров.

Как отмечают разработчики, перспективные свойства высокоэнтропийных сплавов делают их потенциально пригодными для применения в качестве инструментов, пресс-форм, штампов, механических частей и деталей печей, которые требуют высокой прочности, термостойкости, сопротивления окислению и износу. Они также обладают превосходной коррозионной стойкостью и могут быть использованы на химических заводах, в литейных цехах и даже применяться в качестве деталей насосов, эксплуатируемых в морской воде.

Сейчас коллектив успешно завершает первый год выполнения проекта (грант РНФ № 19-19-00217) и представляет результаты исследований на международных конференциях. Так, с 1 по 5 октября руководитель проекта Ирина Киреева выступила с докладом на международной конференции «Перспективные материалы с иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций», с 9 по 11 октября – в качестве приглашенного лектора на школе молодых ученных «Структура и свойства высокоэнтропийных сплавов и покрытий». С 21 по 25 октября молодой исполнитель проекта, магистрантка физического факультета Анна Выродова выступает в Москве на Бернштейновских чтениях по термомеханической обработке металлических материалов.

Похожие новости

  • 31/07/2019

    Ученые создали первые отечественные синие светодиоды для дисплеев

    ​Физики Томского государственного университета (ТГУ) на основе дешевых материалов создали синие органические светоизлучающие диоды (OLED - organic light emitting diode), которые необходимы для создания дисплеев телефонов и телевизоров.
    251
  • 25/04/2018

    Наночастицы помогут разглядеть белки при экстремально высоких температурах

    ​Российские ученые создали многофункциональное наноустройство из диэлектрических наночастиц на металлической подложке. С его помощью можно определять температуру и состояние окружающих молекул.
    674
  • 04/09/2019

    Цитируемые ученые ТПУ: катализаторы из золота и оболочки для ТВЭЛов

    ​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за летний период. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 75, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 9,405 (Green Chemistry, Q1).
    350
  • 07/03/2018

    Омские ученые придумали, как создавать треугольные нанокирпичи

    ​Российские ученые из Омского государственного технического университета разработали метод самосборки атомов и молекул в двумерные нанообъекты, который в будущем позволит производить их в промышленных масштабах для множества разных задач.
    639
  • 21/06/2019

    Томские ученые создали новый сплав с памятью формы, который превзошел никелид титана

    ​Ученые лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ в рамках совместного гранта РНФ и Немецкого научно-исследовательского сообщества (DFG) разработали новый сплав с памятью формы. По функциональным характеристикам он превосходит никелид титана – лидера среди материалов, способных восстанавливать свою форму при нагреве после высоких внешних нагрузок.
    345
  • 29/06/2019

    Томские ученые проверят стабильность никелида титана в экстремальных условиях

    ​Сотрудники СФТИ ТГУ при поддержке РНФ проводят исследования предела функциональных возможностей никелида титана – самого популярного материала с памятью формы. Ученые анализируют поведение сплава в условиях высокой температуры и повышенной нагрузки, а также создают новые режимы термообработки для улучшения функциональных свойств.
    335
  • 14/12/2018

    Ученые ТПУ создадут комплекс, чтобы обезопасить лучевую терапию

    ​Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) к концу 2020 года планируют создать аппаратно-программный комплекс, который позволит легко и безопасно делать коллиматоры – устройства, защищающие здоровые ткани во время лучевой терапии; проект получил грант РНФ в размере 15 миллионов рублей, сообщил РИА Томск доцент Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Юрий Черепенников.
    905
  • 07/09/2018

    Томские ученые синтезировали керамику с люминесцентными свойствами

    Доцент Инженерной школы новых производственных технологий Томского политехнического университета Дамир Валиев представил исследование на одной из ведущих международных конференций по физике оптических материалов и устройств «ICOM 2018 Conference on the Physics of Optical Materials and Devices​», которая недавно прошла в городе Игало (Черногория).
    519
  • 26/09/2019

    Международная группа с участием ученых НГУ опубликовала статью о новом методе управления лазером

    В НГУ проведены исследования волоконного лазера с оригинальным управляющим элементом, использующим композитный наноматериал нового поколения на основе углеродных нанотрубок и ионной жидкости. Результаты работы опубликованы в престижном журнале Nano Letters.
    288
  • 15/01/2018

    Российские ученые выяснили, как способ обработки полипропилена влияет на механические свойства конечного изделия

    ​Коллектив учёных, в том числе из Института синтетических полимерных материалов РАН и МФТИ, выяснил, как «правильность» молекул полипропилена и способ обработки влияют на механические свойства конечного изделия.
    986