Высокоэнтропийными сплавами называют «коктейли» из пяти или более металлов, каждый из которых привносит в новый материал собственные уникальные свойства. В ходе эксперимента сплавы состава Al₀,₅ CoCr₀,₅ NiPt₀,₁ и AlCoCr₀,₅ NiPt₀,₁ выплавились в вакуумной печи при 1670–1730 °C из чистых компонентов. Затем образцы выдерживали 100 часов при температуре 1100 °C на воздухе, каждые 10 часов взвешивая с точностью до 0,00001 грамма.
Методами сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового анализа и энергодисперсионной спектроскопии исследовали структуру и состав оксидных пленок, формирующихся на поверхности металлических образцов при нагреве. Сплав с меньшим содержанием алюминия показал привес массы 0.965 мг/см2, а второй 0.675 мг/см2.
«Чем меньше привес – тем менее сплав подвержен окислению. В окислительной атмосфере печи – при доступе кислорода – на нём образуется оксидная пленка. Привес образцу дает именно она. Этот процесс будет продолжаться всё время, пока изделие эксплуатируется при высоких температурах — например, в работающем газотурбинном двигателе», – рассказала доцент кафедры материаловедения и физико-химии материалов ЮУрГУ Наталья Шабурова.
У второго сплава даже оксидная пленка – окалина оказалась «эксклюзивной». Плотная, из чистого корунда (оксида алюминия) она имела толщину всего 3-5 мкм. Большую роль в торможении процесса окисления играет добавка в сплав платины. Она замедляет диффузию кислорода, улучшает сцепление окалины с металлом, не образуя сама при этом «хрупких» фаз.
Исследователи планируют продолжить эксперимент: увеличить время изотермической выдержки до 500–1000 часов, чтобы оценить долговременную стабильность оксидной пленки, а также провести термогравиметрический анализ с контролируемыми нагревом и охлаждением. Кроме того, им предстоит изучить изменения механических свойств и размера зерен сплава после длительной высокотемпературной эксплуатации.
В перспективе разрабатываемый в ЮУрГУ материал может заменить никелевые суперсплавы в газотурбинных двигателях, теплозащитных покрытиях, а также найти применение в авиации, ракетной технике и энергетике. Он окисляется в 2-10 раз медленнее никелевых сплавов, не содержит железа и имеет пониженное содержание хрома, что также снижает скорость окисления.
Работа опубликована в международном журнале Metals издательства MDPI, входящем во второй квартиль научной периодики Scopus. Исследование поддержано грантами Российского научного фонда и Правительства Челябинской области.
.jpg)
