Исследовать механизмы деградации и повысить циклическую стабильность функциональных свойств новых «умных» материалов (smart materials) с магнитным эффектом памяти формы – такую задачу ставят перед собой ученые лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ. Недавно на эти исследования они выиграли грант Российского научного фонда. Одним из способов улучшить свойства, по мнению ученых, может быть использование такого эффекта как старение сплава (выдержка при определенной температуре).
– Уже десять лет в нашей лаборатории активно ведутся исследования монокристаллов ферромагнитных сплавов с термоупругими мартенситными превращениями – говорит руководитель проекта доктор физ.-мат. наук Елена Панченко – Они имеют уникальную способность испытывать гигантские неупругие обратимые деформации (изменение размеров тела) до 10 процентов как под действием механических напряжений в широком интервале температур вплоть до 400°С, так и магнитного поля.
Одним из основных факторов, сдерживающих широкое практическое применение этих материалов в качестве исполнительных устройств многократного действия в различных датчиках и устройствах для гашения колебаний, является низкая циклическая стабильность их функциональных свойств. И в рамках проекта ученые будут изучать стабильность обратимых деформаций данных материалов при циклических внешних воздействиях.
– При увеличении количества циклических нагрузок, – объясняет Елена Юрьевна, – может наблюдаться функциональная деградация материала, при которой, во- первых, изменяется обратимая деформация, то есть образец полностью не восстанавливает свою форму, во-вторых, он может начать увеличиваться или уменьшаться при других напряжениях, температурах. Наша задача – исследовать механизмы деградации и создать материалы с такими свойствами, которые будут обеспечивать работу на протяжении долгого времени.
При использовании такого эффекта как старение (выдержка при определенной температуре) сплава выделяются наноразмерные частицы, которые увеличивают прочностные свойства и циклическую стабильность кристаллов. Обычно старение проводят в высокотемпературной (аустенитной) фазе. В проекте предложено применить старение под нагрузкой в низкотемпературной (мартенситной) фазе. До сих пор считалось, что эффекты стабилизации мартенсита при старении негативно влияют на устойчивость функциональных свойств данных материалов к циклическим нагрузкам.
– Однако в прошлом году появилась статья наших партнеров из Германии, где они показали, что такой способ может быть достаточно эффективным для создания ферромагнитных материалов с заданными свойствами. И мы в рамках своего проекта хотим разработать методики и опробовать новый метод управления функциональными свойствами, основанный на старении под нагрузкой в мартенситном состоянии, – отмечает Елена Панченко.