Исследователи Университета МИСИС представили новый аморфный сплав, перспективный в высокотехнологичных областях, требующих сочетания жаропрочности и коррозионной стойкости — например, в атомной и нефтеперерабатывающей промышленности.
«Коллектив учёных Университета МИСИС — признанного лидера в области материаловедения в России — разработал новый аморфный сплав на основе железа и никеля, ориентированный на использование в экстремальных условиях или агрессивных средах. Применение ванадия помогло исследователям сохранить стабильность структуры при температурах до 800 °C. Новый материал будет востребован в качестве износостойкого и антикоррозионного покрытия газотурбинных двигателей, ядерных реакторов, теплообменников, нефте- и газопроводов», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
В качестве легирующей добавки для упрочнения сталей и сплавов традиционно используется бор. Однако его растворимость в таких металлах, как железо, никель и хром, ограничена, так как образуются хрупкие интерметаллидные фазы, которые значительно ухудшают характеристики итогового материала, например коррозионную стойкость. Для решения этой задачи учёные НИТУ МИСИС совместно с коллегами из СПбГУ исследовали процесс кристаллизации высокоэнтропийного сплава на основе железа и никеля.
«Попробуйте представить аморфный металлический сплав как замороженную жидкость, где атомы расположены хаотично. При нагреве он превращается в смесь разных фаз, как мороженое, в котором разделяются кристаллы льда и капли жира. Но в новом исследовании мы обнаружили нечто удивительное. При определенных условиях аморфный сплав преобразовался в единый, однородный кристалл с ГЦК решеткой, в котором равномерно „растворены“ атомы пяти разных металлов и, что самое главное, — большое количество бора. Почему это неожиданно? В обычных условиях бор практически не растворяется в этих металлах. Это как попытаться равномерно объединить масло и воду — они никогда не смешаются. Нам же удалось создать стабильный сплав с высоким содержанием бора. Поскольку раствор бора является пересыщенным и метастабильным, при дальнейшем нагреве из него могут выделиться мельчайшие, равномерно распределенные частицы боридов. Этот процесс, называемый „старение“, — один из самых эффективных способов кардинально увеличить прочность сплавов», — объясняет к.т.н. Андрей Базлов, доцент кафедры металловедения цветных металлов НИТУ МИСИС.
При полной кристаллизации сплава его структура упорядочивается и образует кубическую решётку, которая содержит до 22 ат. % бора — рекордное количество для таких систем. Результата удалось достичь благодаря добавлению ванадия в сплав. С подробными результатами можно ознакомиться в научном журнале Scripta Materialia (Q1).
«Ванадий создаёт сильное химическое взаимодействие с бором, что помогает избежать образования отдельных хрупких фаз, которые могли бы ослабить материал. Кроме того, ванадий замедляет перемещение атомов в сплаве, что предотвращает перераспределение элементов», — добавил д.ф-м.н. Алексей Родин, профессор кафедры физической химии НИТУ МИСИС.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (проект № 22—79—10055). Эта работа открывает путь к созданию износостойких и коррозионно-стойких покрытий для работы в агрессивных средах. При внедрении разработки на производствах можно будет создавать материалы с уникальными механическими и термостойкими характеристиками.
