Ученые ЮУрГУ предложили объединить две передовые концепции материаловедения – высокоэнтропийный состав и самовосстановление – для создания нового класса металлических материалов. Проект преподавателя кафедры «Материаловедение и физико-химия материалов», аспиранта кафедры Ксении Рыбальченко, поддержанный грантом В.Б. Христенко, призван решить проблему износа и преждевременного разрушения деталей.
Инновационность разработки, предложенной учеными, заключается в способности материала самостоятельно устранять микродефекты. Молодой исследователь предлагает внедрять в тугоплавкую матрицу высокоэнтропийного сплава (ВЭС) легкоплавкие включения. Если в металле из-за нагрузок возникает микротрещина или пора, достаточно нагреть деталь. Включение расплавится и заполнит дефект, буквально «залечив» его без вмешательства человека.
«Мы «играем» на разнице температур. Матрица остается твердой, а легкоплавкое включение становится жидким и затекает в трещину. Это позволяет продлить срок службы детали, не давая ей выйти из строя сразу при появлении дефекта», – поясняет Ксения Глебовна.
Помимо уникальной способности к регенерации, разработка обладает весомым экономическим преимуществом. Современные материалы для ответственных узлов, работающих при высоких нагрузках, нередко требуют дорогостоящих компонентов и сложных технологий восстановления. Команда ученых ЮУрГУ стремится получить материал, который при столь же высоких механических свойствах будет значительно доступнее по стоимости.
«Мы стремимся создать сплав, который не только самовосстанавливается, но и решает проблему высокой стоимости перспективных конструкционных материалов», – подчеркивает исследователь.
В перспективе самозалечивающиеся высокоэнтропийные сплавы смогут найти применение в автомобильной промышленности, в частности, в силовых блоках для автомобилей. Но потенциал технологии гораздо шире. Разработка рассматривается для аэрокосмической и оборонной промышленности. Ожидается, что такие материалы позволят повысить надежность узлов, работающих в условиях высоких нагрузок, и снизить затраты на ремонт и замену деталей.
На данный момент проект находится на этапе лабораторных исследований и компьютерного моделирования. Ученые проводят расчеты в программных комплексах (FactSage, Thermo-Calc) и готовятся к экспериментальному получению прототипов в лаборатории. Количественные данные о том, насколько материалы восстанавливаются после залечивания, и результаты испытаний на надежность пока не раскрываются, так как исследование еще находится в активной фазе проведения. Однако авторы подчеркивают уникальность идеи: в мировой научной литературе тема самозалечивания высокоэнтропийных сплавов практически не освещается, а значит она актуальна и перспективна для научного поиска.
Проект реализуется в рамках Грантовой программы В.Б. Христенко «Шаг в будущее». Это программа ежегодной финансовой поддержки программы развития Университета в рамках «Приоритет-2030». Гранты предоставляются на проведение перспективных исследований, формирование кадрового резерва и реализацию уникальных образовательных программ (компонентов), определяющих вектор развития ЮУрГУ и Челябинской области.