Коррозионную стойкость высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) изучают в Южно-Уральском государственном университете (ЮУрГУ). Добавляя к сплавам различные химические элементы, ученые намерены улучшить их характеристики. Результаты теоретических и практических исследований опубликованы в высокорейтинговых журналах, индексируемых Scopus.
Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) – новый класс металлических материалов, который активно изучается исследователями разных стран. Ученых привлекает высокий уровень полезных свойств, проявляемых рядом представителей этой группы сплавов. Одним из таких свойств является жаропрочность – созданные из некоторых ВЭС детали и конструкции способны выдерживать нагрузку при высоких температурах без заметной деформации.
Однако при высоких температурах ВЭС могут окисляться, что может приводить к коррозии изготовленных из сплавов изделий. Ученые ЮУрГУ изучают эту проблему и проводят ряд экспериментов, которые позволят определить, какие элементы повышают или, наоборот, понижают стойкость ВЭС к окислению.
«В направлении изучения их стойкости к окислению высокотемпературному в мире проведено относительно небольшое количество исследований. В ходе подготовки к практической части нашей работы мы подготовили обзорную статью и изучили все имеющиеся результаты коллег. Благодаря этому удалось определить, какие элементы в составе ВЭС более предпочтительны, а какие понижают стойкость к окислению, и предложить собственные пути повышения коррозионной стойкости», — рассказал руководитель проекта, доктор химических наук, профессор кафедры «Материаловедение и физико-химия материалов» Евгений Трофимов.
Результаты теоретического исследования опубликованы в журнале второго квартиля «Materials». Ими могут воспользоваться коллеги исследовательской команды ЮУрГУ перед проведением экспериментов. В то же время ученые начали практическую часть своей работы, проанализировав сплавы на основе состава Al-Co-Cr-Fe-Ni. Исследователи выплавляют ВЭС и изучают их стойкость к окислению. В последнем исследовании ученые установили влияние на это свойство добавок марганца и кремния.
Эксперименты проводятся в интервале температур от 700 до 1000 градусов Цельсия. Образцы выдерживаются при заданной температуре в течение 10 часов и отслеживается как меняется их масса.
«Сплавы с содержанием кремния (Al0.45CoCrFeNiSi0.45) при окислении показали прибавку веса около 0,1 мг/см2, в то время как для сплавов с добавлением марганца (Al0.25CoCrFeNiMn) этот показатель составил около 1мг/см2. Также сплавы с содержанием кремния продемонстрировали превосходную стойкость к высокотемпературному окислению, в основном за счет образования на поверхности защитного оксидного слоя, обогащенного Al2O3 и SiO2 (оксид алюминия и оксид кремния). Для сплавов с марганцем образование оксидного слоя не обеспечило достаточную защиту от коррозии», – сообщил Евгений Трофимов.
Ученые продемонстрировали, что результаты экспериментального анализа окислительного поведения в ряде случаев могут быть предсказаны с помощью термодинамических расчетов. Результаты работы представлены в высокорейтинговом журнале «Vacuum» (Q1).
Отметим, что работа поддержана грантом РФФИ – конкурс на лучшие региональные проекты проводился совместно с Челябинской областью.
Добавим, что в ЮУрГУ активно развиваются другие направления работы с ВЭС. В 2020 году Лаборатория механики, лазерных процессов и цифровых производительных технологий выиграла грант РНФ на развитие проекта по использованию высокоэнтропийных сплавов, предназначенных для аддитивных технологий.
Южно-Уральский государственный университет (ЮУрГУ) – это университет цифровых трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В Год науки и технологий ЮУрГУ победил по программе «Приоритет–2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ).