Интерметаллические соединения обладают рядом полезных свойств (например, высокой твердостью, стойкостью к коррозии и т.п.), но их широкому промышленному применению препятствует один ключевой недостаток — высокая хрупкость. Коллектив ученых ЮУрГУ предложил оригинальное решение этой проблемы.
Новизна исследования ученых ЮУрГУ – в целенаправленном микролегировании многокомпонентного интерметаллида бором для снижения его хрупкости и повышения пластичности. А именно: исследователи крупнейшего вуза Южного Урала впервые использовали бор для улучшения свойств сложного интерметаллического сплава: согласно экспериментальным данным металл стал менее хрупким и более гибким, пластичным.
В ходе исследований были синтезированы и детально проанализированы два материала: без бора (для сравнения) и с добавкой бора.
.jpg)
Рис. 1. Рентгеновские дифракционные картины (а) и увеличенное изображение основного дифракционного пика (б) образцов CCIMA после термообработки (стехиометрический образец находится в затвердевшем состоянии). Изображения, полученные с помощью обратного электронного микроскопа (BSE-SEM), и соответствующие карты EDS образцов CCIMA: литого стехиометрического состава Ni39,6Co25,4Fe10Al13,8Ti6,2Ta3Nb2 (в), литого (г) и рекристаллизованного (д) нестехиометрического состава Ni39,6Co29,3Fe10Al13,8Ti4,3Ta2Nb1, а также литого, легированного бором (е) и рекристаллизованного, легированного бором (ж) образца CCIMA (Ni39,6Co29,3Fe10Al13,8Ti4,3Ta2Nb1)98,5B1,5.
Разработанный материал представляет собой нестехиометрический, легированный бором, химически сложный интерметаллический сплав с двухфазной микроструктурой.
Эксперименты показали, что добавление бора значительно улучшает механические характеристики сплава. Было достигнуто значимое сочетание высокой прочности и пластичности.
Для получения разработанного материала использовались выплавка и высокоэнергетический механохимический синтез / перемалывание. Методом детонационного напыления полученного порошка получены образцы покрытий.
Полученный сплав может применяться для создания высокопрочных и химически стойких покрытий, устойчивых к высокотемпературной коррозии (окислению), а также к воздействию электролитов: кислот, соленой воды и т.п.
Это открывает перспективы применения полученного материала в аэрокосмической промышленности; автомобилестроении и энергетике (тепловые и атомные электростанции).
Новый этап исследования поддержан программой «Приоритет-2030», с помощью программы идет прикладное развитие этой темы, предпринимается ряд активных шагов к его коммерциализации. Однако перед этим коллективу ученых предстоит решить ряд задач, связанных с:
- масштабированием технологии;
- оценкой экономической эффективности;
- проведением дополнительных прикладных испытаний на реальных изделиях для возможной демонстрации надежности потенциальным промышленным партнерам.
.jpg)
Рис. 2. Изображения, полученные с помощью ПЭМ (а–в), ВРПЭМ (г–ж) и соответствующие изображения, полученные с помощью SADP (з–л), для литых стехиометрических (а, г, ж, з), рекристаллизованных нестехиометрических (б, д, I, к) и рекристаллизованных, легированных бором (в, е, л, л) CCIMA.
Результаты работы прошли строгий процесс независимого рецензирования и опубликованы в ведущем журнале, специализирующемся на исследованиях в области материаловедения «Journal of Alloys and Compounds» («Соединения и сплавы») (ТОП 10% Scopus), что подтверждает их высокую научную ценность.
Полученный исследователями ЮУрГУ интерметаллический материал с добавлением бора относится к активно изучаемой в настоящее время группе высокоэнтропийных материалов. Работы в этом направлении закладывают основу для новых высокоэффективных инженерных решений.
.jpg)
Рис. 3. (а) Инженерные кривые напряжения-деформации для стехиометрических и нестехиометрических CCIMA, (б) график зависимости предела текучести от удлинения, сравнивающий наши образцы с обычными нестехиометрическими и другими CCIMA со структурой L12 [3,5,8,9,13,14,15].
Исследования проводятся в рамках реализации стратегического технологического проекта № 2 «Фундаментальные основы синтеза и эксплуатации перспективных материалов» программы «Приоритет» (на 2025-2036 гг.) (нацпроект «Молодежь и дети»).