Создано в России
Новый сплав для экстремальных условий
Коллектив ученых Университета МИСИС 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.
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 ученые НИТУ МИСИС совместно с коллегами из СПбГУ исследовали процесс кристаллизации высокоэнтропийного сплава на основе железа и никеля.
Доцент кафедры металловедения цветных металлов НИТУ МИСИС, кандидат технических наук Андрей Базлов в интервью подробно и образно объяснил особенности нового сплава, а также рассказал историю его получения: «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 гранецентрированной кубической (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 "старением", – один из самых эффективных способов кардинально увеличить прочность сплавов».
В частности, ванадий создает 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. При полной кристаллизации сплава его структура упорядочивается и образует кубическую решетку, которая содержит до 22 атомных процентов бора – рекордное количество для таких систем. Этого результата удалось достичь именно благодаря добавлению ванадия в сплав.