Материаловеды НИУ «БелГУ» разработали высокоэнтропийный сплав для авиакосмической промышленности

Современные газотурбинные двигатели должны обладать высокой энергоэффективностью. Эксперты говорят, что при использовании никелевых суперсплавов и титановых сплавов невозможно добиться значительного повышения этого показателя. В последнее время в научном мире в качестве перспективной замены существующих высокотемпературных материалов рассматривают тугоплавкие высокоэнтропийные сплавы.

По словам научного сотрудника лаборатории объемных наноструктурных материалов НИИ материаловедения и инновационных технологий НИУ «БелГУ», к.т.н. Никиты Юрченко, такие сплавы, состоящие, как правило, из 4-5 и более тугоплавких металлов с добавками алюминия и кремния, взятых в приблизительно равных долях, обладают исключительной прочностью при экстремально высоких температурах. Однако большинству этих сплавов присуща крайне низкая пластичность при комнатной температуре. При этом управлять структурой и свойствами тугоплавких высокоэнтропийных сплавов за счет стандартных технологических методов, как, например, термической обработкой, зачастую невозможно.

Ученые НИУ «БелГУ» нашли решение этой проблемы – созданный в рамках гранта РНФ № 19-79-30066 «Перспективные сплавы и технологии для авиакосмической промышленности» тугоплавкий высокоэнтропийный сплав обладает уникальными характеристиками: прочностью и пластичностью одновременно.

– Проведенное исследование показало, что механические свойства нашего материала, состоящего из титана, ниобия, гафния и алюминия, могут быть точно «настроены» в процессе простой термической обработки. Например, для получения пластичного состояния необходимо провести высокотемпературный отжиг. В свою очередь, последующий отжиг при более низкой температуре повышает прочность сплава на 50% при комнатной и повышенной температурах без значительной потери пластичности. Такого сочетания механических характеристик удалось добиться за счет выделения дисперсных частиц с упорядоченной орторомбической структурой, впервые обнаруженных в тугоплавких высокоэнтропийных сплавах, – рассказал Никита Юрьевич.

Авторы предполагают, что многокомпонентная природа сплава и, как следствие, сложные взаимосвязи между его составными элементами являются причиной «неожиданного» фазового превращения. В результате при значительном повышении прочности сохранилась достаточная пластичность материала.

– Благодаря уникальному сочетанию характеристик прочности и пластичности наш сплав будет востребован для создания лопаток и дисков газотурбинных двигателей. Сегодня мы продолжаем исследования эксплуатационных характеристик нового материала, на основании которых предметно оценим перспективы его дальнейшего практического применения, – сообщил молодой учёный.