Ученые СФТИ разрабатывают сплавы для космической техники

Высокоэнтропийные сплавы – новый класс высокопрочных материалов, изучением которых активно начали заниматься в последние годы. Одним из мировых лидеров в этом направлении является лаборатория физики высокопрочных кристаллов Сибирского физико-технического института ТГУ. Их исследования механизмов пластической деформации и упрочнения металлических сплавов с использованием монокристаллов поддержано грантом РНФ.

– Высокоэнтропийные сплавы с гранецентрированной кубической (ГЦК) решеткой получаются путем смешивания пяти и более компонентов в равных атомных пропорциях, – объясняет руководитель проекта, доктор физ.-мат. наук Ирина Киреева. – Например, если атомная концентрация сплава, состоящего из пяти компонентов – железа, никеля, марганца, хрома, кобальта – 100 процентов, тогда доля каждого компонента составляет 20 процентов.

По словам Ирины Васильевны, такое смешивание приводит к очень сильному искажению кристаллической решетки, которое затрудняет диффузионные процессы в ней в широком температурном интервале. Это обеспечивает стабильность свойств при циклических испытаниях, а также сочетание высокой прочности с достаточно хорошей пластичностью. Данные свойства позволяют найти широкое применение сплавав в криогенной технике для космоса, и там, где необходима работа механизмов при низких температурах.

Чтобы выяснить физические причины высокого упрочнения высокоэнтропийных ГЦК сплавов, ученые лаборатории проводят фундаментальные исследования на монокристаллах этих сплавов. Здесь разработана уникальная технология получения крупных монокристаллов, не имеющая аналогов в мире.

– Поликристалл состоит из множества зерен, которые имеют различную ориентацию относительно приложенной нагрузки, – говорит Ирина Киреева. – Поэтому исследовать зависимость механизмов деформации от ориентации зерна с использованием поликристаллических образцов достаточно трудно. Монокристаллы за счет выбора ориентации кристалла позволяют исследовать эту зависимость и вклад механизмов деформации в упрочнение высокоэнтропийных ГКЦ сплавов. Благодаря этому можно спрогнозировать оптимальное сочетание свойств сплавов и конструировать поликристаллы с заданными свойствами.

В рамках проекта планируется также исследовать влияние примесей внедрения – атомов азота и углерода – на свойства высокоэнтропийных сплавов, так как в промышленных масштабах при получении таких сплавов могут оставаться эти примеси.