Цивилизация
Российские ученые совместно с украинскими коллегами определили механические свойства легированного сплава кобальта, хрома, железа, никеля и марганца. Такой сплав называется высокоэнтропийным и не теряет своей прочности и пластичности даже при температуре −195 °C. Результаты работы опубликованы в высокорейтинговом журнале Journal of Alloys and Compounds.
«В настоящее время ученые-материаловеды по всему миру проявляют значительный интерес к так называемым высокоэнтропийным сплавам – сплавам из 4–5 и более основных компонентов, содержащихся в приблизительно равных пропорциях, в противовес обычным металлическим сплавам, которые основаны на одном элементе», — рассказывает главный автор статьи Никита Степанов, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Белгородского государственного университета.
Высокоэнтропийные сплавы являются относительно новым «изобретением». Этот термин в 2004 году ввел тайваньский профессор Йе, а активные исследования в данной области начались 5–7 лет назад. В высокоэнтропийных сплавах возможно образование простой структуры твердого раствора, в которой атомы всех пяти разных элементов случайно расположены в кристаллической решетке.
«Вопрос создания высокоэнтропийных сплавов, которые могли бы найти практическое применение, до сих пор не решен, и именно на решение этой задачи направлены исследования, проводимые в рамках проекта Российского научного фонда (РНФ)», — говорит Никита Степанов.
В рамках данной статьи ученые попытались улучшить механические свойства известного сплава CoCrFeNiMn, состоящего из кобальта, хрома, железа, никеля и марганца, взятых в равных пропорциях. Этот сплав очень пластичный и «вязкий» даже при температуре жидкого азота (−195,75 °C), в результате его очень тяжело разрушить. Но прочность (предел текучести) сплава – сила, которую к нему необходимо приложить, чтобы он начал деформироваться – относительно невелика. Исследователи использовали одновременно дополнительное легирование, изменив состав сплава, и провели термомеханическую обработку, то есть деформировали и нагревали сплав так, чтобы сформировать в нем благоприятную структуру для повышения его прочности.
«Мы добавили к сплаву CoCrFeNiMn один процент углерода, это количество было определено как оптимальное на основе предыдущих исследований (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838816318278), и подвергли полученный сплав термомеханической обработке, чтобы получить в нем мелкую структуру. В результате полученный сплав с углеродом показал приблизительно вдвое большую прочность по сравнению с «исходным» сплавом CoCrFeNiMn при сравнимой пластичности. Исследование структуры сплавов в различных состояниях современными методами электронной микроскопии позволило определить, как углерод влияет на поведение сплава при деформации», — комментирует работу Никита Степанов.
Свойства, демонстрируемые высокоэнтропийными сплавами, делают их привлекательными для использования в различных областях, например, машиностроении (автомобилестроение, реактивные двигатели для авиации), строительстве ядерных реакторов, в медицине в качестве материала для имплантатов. В работе российские ученые сотрудничали с исследователями из Харьковского физико-технического института.
