Ученые ЮУрГУ создали суперстойкий сплав с платиной для 1100°C
Специалисты Южно-Уральского государственного университета создали высокоэнтропийный сплав на основе алюминия, хрома, никеля и кобальта с добавлением платины, который окисляется в 2–10 раз медленнее никелевых аналогов. Материал, предназначенный для газотурбинных установок и авиастроения, после 100 часов выдержки при 1100 градусах сохранил защитный оксидный слой толщиной 3–5 микрометров.
Новый сплав для работы в условиях экстремальных температур создали специалисты Южно-Уральского государственного университета. Материал отличается высокой стойкостью к окислению и способен сохранять свои свойства при длительном нагреве. Его потенциально могут применять в газотурбинных установках, авиастроении и энергетическом секторе.
За основу исследователи взяли комбинацию из алюминия, хрома, никеля и кобальта, дополнив ее небольшим количеством платины. Подобные многокомпонентные металлические системы относятся к категории высокоэнтропийных сплавов.
В ходе работы ученые подготовили две версии материала, различавшиеся концентрацией алюминия. Плавку осуществляли в вакуумной печи, где температура поддерживалась в диапазоне от 1670 до 1730 градусов.
Далее последовала проверка жаростойкости. Каждый образец провел на воздухе 100 часов при температуре 1100 градусов. Каждые десять часов специалисты фиксировали колебания массы, чтобы оценить динамику окислительных процессов.
Нагревание металла неизбежно сопровождается появлением оксидной пленки на его поверхности. Чем ниже скорость ее образования, тем лучше материал сопротивляется окислению.
У первого варианта сплава зафиксировали увеличение массы на 0,965 мг/см². Второй продемонстрировал более скромный показатель — 0,675 мг/см². На его поверхности возник плотный защитный слой из оксида алюминия, толщина которого составила лишь 3–5 микрометров.
По мнению авторов исследования, значительный вклад в такой результат внесла платина. Присутствие этого элемента замедляет диффузию кислорода и усиливает адгезию защитной пленки к основному металлу.
В ЮУрГУ отметили, что скорость окисления полученного сплава в 2–10 раз ниже, чем у никелевых аналогов. В дальнейшем разработку планируют использовать для создания теплозащитных покрытий и элементов конструкций, эксплуатируемых при высоких температурах.
Испытания на этом не завершаются. Исследователи намерены продлить выдержку образцов до 500–1000 часов и дополнительно изучить, как продолжительное термическое воздействие отражается на механических характеристиках материала.
Итоги научной работы представлены в журнале Metals. Финансовую поддержку проекту оказали Российский научный фонд и правительство Челябинской области.