Ведущие специалисты из Санкт-Петербургского государственного морского технического университета, совместно с коллегами из Сколковского института науки и технологий, объявили о создании инновационного тугоплавкого сплава, обладающего выдающимися характеристиками прочности и пластичности. Эта разработка, поддержанная грантом Российского научного фонда (РНФ), отличается тем, что сохраняет свои уникальные механические свойства как при обычных, так и при экстремально высоких температурах — от комнатной до 1000°C. Данный сплав открывает новые горизонты в применении для авиации, космоса и энергетики, где необходимы особо стойкие к нагрузкам материалы.
Проблемы современных материалов и вызовы отрасли
Развитие аэрокосмической, авиационной и энергетической отраслей невозможно без поиска новых материалов, способных противостоять долгосрочным серьезным нагрузкам, резким температурным перепадам и воздействию экстремальных температур выше 1000°C. Сегодня многие механизмы в энергетике и авиации делают ставку на сплавы никеля и титана, однако часто эти материалы не обеспечивают нужного баланса между долговечностью и способностью выдерживать максимальные температуры уже в современных условиях эксплуатации. Это обстоятельство стало основой для поиска альтернативных решений в области материаловедения.
Преимущества композиционно-сложных тугоплавких сплавов
Одним из наиболее перспективных направлений стала разработка композиционно-сложных, или высокоэнтропийных, сплавов — материалов, включающих в себя сразу несколько (от пяти и более) различных металлов. Благодаря уникальным сочетаниям элементов, такие сплавы демонстрируют устойчивость к окислению и сохраняют прочность даже при закалке огнем, что существенно расширяет границы их использования. Тем не менее, ранее предложенные составы зачастую страдали низкой пластичностью — при изгибе или внезапной деформации материал мог разрушиться, что ограничивало их массовое внедрение в ответственных конструкциях.
Исследование сплава на основе ниобия, молибдена, тантала и ванадия
Группа ученых, включая экспертов из Санкт-Петербургского государственного морского технического университета и Сколковского института науки и технологий, подошла к решению задачи комплексно — на основе компьютерных расчетов и экспериментов была предложена серия новых композиций из ниобия, молибдена, тантала и ванадия. Для создания был выбран метод вакуумно-дугового переплава, после чего образцы подверглись обработке холодной прокаткой для имитации реальных условий эксплуатации.
Из нескольких синтезированных сплавов только четыре показали отличную обработку без разрушения даже при значительных деформациях. Особый интерес вызвал вариант с атомными долями 85% ниобия и по 5% молибдена, тантала и ванадия: именно он преуспел как по прочности, так и по пластичности при испытаниях.
Результаты испытаний: уникальные свойства нового материала
Механические тесты нового сплава проводились в широком температурном диапазоне от 22°C до 1000°C. При комнатной температуре материал выдерживал нагрузку до 450 мегапаскаль, что превосходит показатели многих применяемых в промышленности аналогов. Впечатляющим оказалось и то, что при разрыве длина образца увеличивалась почти на 39% — показатель, свидетельствующий о высокой пластичности.
Для сравнения, сплавы с большим количеством тантала (10–15%) теряли эластичность и в 4–6 раз быстрее разрушались. Даже при температуре в 1000°C новый материал сохранял 60% своей исходной прочности, что выделяет его среди конкурентов. Хотя при сильном нагреве пластичность снижалась до 6% — из-за появления микротрещин — прочность оставалась на высоком уровне, позволяя использовать сплав в наиболее ответственных узлах агрегатов.
Перспективы внедрения и мнение эксперта
Руководитель проекта, поддержанного Российским научным фондом, кандидат технических наук Никита Юрченко (ведущий инженер ИЛИСТ Санкт-Петербургского государственного морского технического университета), отмечает: «Разработанный нами состав сплава сочетает высокую прочность и отличную пластичность в широком температурном диапазоне. Материал сохраняет свои качества даже при нагревах до 1000°C, показывая устойчивость, с которой не могут соперничать стандартные промышленные тугоплавкие и композиционно-сложные сплавы прежних поколений. Открываются широкие пути для создании новых конструкционных элементов для авиационных двигателей, энергетических машин и космических аппаратов, где особенно важна стойкость к механическим и температурным перегрузкам».
Такой подход позволяет не только продлить срок службы оборудования, снизить затраты на ремонт и обслуживание, но и обеспечивает безопасность эксплуатации в критических условиях. Это открывает перспективы для создания экономичных и надежных узлов новой техники, отвечающих самым высоким требованиям отрасли.
Будущее технологических решений с новыми сплавами
Успешная реализация научного проекта под эгидой РНФ дает мощный импульс развитию отечественных технологий и промышленности. Инновационные материалы, находящиеся на стыке нескольких перспективных направлений — материаловедения, машиностроения и энергетики — уже сегодня становятся драйверами для технологического роста и освоения новых рынков.
Разработки, подобные созданному никелево-молибденовому тугоплавкому сплаву, могут стать основой для создания отдельных деталей и узлов реакторов, турбин, элементов двигателей самолетов и ракет, а также энергетических установок нового поколения. Российские ученые демонстрируют, что большие вызовы современной промышленности могут быть преодолены за счет междисциплинарного сотрудничества и внедрения новых материалов с уникальными свойствами.
Таким образом, результаты работы Никиты Юрченко, Санкт-Петербургского государственного морского технического университета и партнеров из Сколковского института науки и технологий, открывают новые перспективы для национальной высокотехнологичной отрасли и способствуют укреплению позиций России на мировом рынке передовых материалов.
Источник: indicator.ru
