29 мая 2024, среда, 02:17
TelegramVK.comTwitterYouTubeЯндекс.ДзенОдноклассники

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

Регулируемые сплавы

Руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Борис Русанов за работой
Руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Борис Русанов за работой

Ученые разработали формулу для производства высокопрочных сплавов с сохранением аморфного эффекта, когда материал обладает твердостью, но при этом лишен кристаллической решетки. Благодаря предложенному подходу форму и свойства материалов можно настраивать, сохраняя прочность. Об исследовании сообщает пресс-служба Российского научного фонда.

Для изготовления сплавов обычно используют два популярных метода — кристаллизацию и порошковую металлургию. В первом случае металлы из жидкого состояния переводят в твердое и доводят до однородной консистенции за счет высокой температуры. А во втором сплавы формируются в результате спрессовывания смеси различных порошков, которые отправляются в специальную печь и проходят цикл высокотемпературной обработки. Далее получаемые материалы обычно закаливают, нагревая до высоких температур с последующим быстрым охлаждением. Однако многие металлы и сплавы с высокой твердостью после закаливания плохо режутся в процессе изготовления деталей. Также плохо поддаются обработке металлы с низкой твердостью. Например, сплавы на основе кобальта и редкоземельных металлов.

Ученые из Уральского государственного педагогического университета (Екатеринбург) впервые синтезировали эквиатомный, то есть содержащий компоненты в равных долях, сплав на основе алюминия, никеля, кобальта, меди и циркония. Эти металлы, концентрация каждого из которых составила 20 %, широко используются в промышленности и придают разные конечные свойства сплаву. Так, алюминий, кобальт и цирконий повышают коррозионную стойкость, никель — твердость, медь — пластичность. Но главное их преимущество — образование аморфного состояния, при котором в сплаве отсутствует кристаллическая структура, характерная для обычных металлов. В таком состоянии сплавы приобретают лучшие механические свойства. Аморфные образцы сплава ученые получили в виде стержней методом вакуумного всасывания. Данный метод заключается в следующем: жидкий расплав под давлением втягивается в охлаждаемую цилиндрическую форму (медную изложницу), в результате чего затвердевает в виде стержня. Так как скорость охлаждения при таком втягивании расплава очень большая, кристаллическая структура не успевает сформироваться, и получается аморфный образец.

Ученые предварительно подготовили сплав в жидком состоянии к закалке, опираясь на данные о его свойствах (плотности, электрическом сопротивлении, магнитной восприимчивости). Процесс подготовки заключался в нагреве расплавов до 1370–1420 °C, что существенно выше температуры плавления (1250 °C). Это позволило сделать расплав более однородным. При быстрой закалке после такой подготовки в зависимости от концентрации компонентов формируется качественная аморфная фаза (без кристаллических включений) или высокотемпературные фазы — как правило, соединения алюминия и меди, циркония и переходных металлов (кобальта и никеля), которые невозможно получить при низких скоростях охлаждения.

Физики также экспериментально исследовали плотность сплава, используя проникающее гамма-излучение. Таким образом авторы детально изучили особенности сплава в жидком состоянии и определили режимы, которые позволят подготовить его к быстрозакаленному состоянию. Эти данные помогут получать материалы с желаемыми свойствами. Например, предварительная подготовка сплава перед закалкой поможет образовать требуемые фазы, которые имеют высокие значения механических и коррозионных свойств.

«Полученный нами сплав можно использовать как материал для различных устройств, например электромагнитных датчиков. Мы продолжаем изучать сплавы системы Al-Ni-Co-Cu-Zr, в том числе их механические и коррозионные свойства. Но уже сейчас можно сказать, что образованная структура сплава при быстрой закалке может обеспечить высокие показатели микротвердости, прочности и коррозионной стойкости. Большинство сплавов, имеющих похожие свойства, получают на основе хрома, железа и редкоземельных металлов. Эти компоненты существенно дороже тех, что использовали мы. В ближайшее время коллектив начнет исследовать коррозионные свойства сплавов предложенной композиции с различным соотношением компонентов. Это даст понимание, можно ли их применять в агрессивных средах, например в морской воде. Комплексное изучение сплавов позволит создавать собственные критически важные комплектующие, заменив импортные», — рассказывает руководитель проекта Борис Русанов, старший научный сотрудник УрГПУ.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале  Intermetallics.

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
VK.com Twitter Telegram YouTube Яндекс.Дзен Одноклассники
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2024.