Исследователи Национального исследовательского технологического университета «МИСИС» создали новый композитный материал, который в шесть раз превосходит существующие аналоги по износостойкости и сохраняет прочность при сверхвысоких температурах. Разработка открывает перспективы для повышения надёжности и долговечности критических компонентов в энергетике, авиастроении и машиностроении.
Проблема традиционных жаропрочных сталей и сплавов — потеря прочности и окисление при длительном нагреве, что ведёт к авариям и повышенным затратам на обслуживание. Для современных турбин, двигателей и энергоустановок требуются материалы, способные выдерживать экстремальные температурные и механические нагрузки.
Решение найдено в модификации высокоэнтропийных сплавов — перспективного класса материалов, состоящих из нескольких металлов в равных пропорциях. Учёные МИСИС предложили усилить такой сплав (хром, железо, кобальт, никель, медь) наночастицами оксида алюминия размером в несколько десятков нанометров.
Результаты впечатляют:
- Прочность повысилась на 29%;
- Твёрдость увеличилась на 27%;
- Износостойкость выросла в 6 раз;
- При температуре 750°C скорость окисления снизилась вдвое.
«Наночастицы оксида алюминия работают как барьер: они “скрепляют” зёрна структуры и блокируют проникновение кислорода, который является главной причиной разрушения материалов при высоких температурах. Это позволяет сочетать высокую прочность с сохранением пластичности даже после длительного нагрева», — пояснил Дмитрий Штанский, д.ф.-м.н., директор научно-исследовательского центра “Неорганические наноматериалы” НИТУ МИСИС.
Новый композит уже сегодня может применяться для производства:
- Лопаток турбин и компрессоров;
- Клапанов двигателей внутреннего сгорания;
- Сопловых аппаратов;
- Защитных покрытий и контактных поверхностей в электротехнике.
«Материал особенно востребован для компонентов, работающих под одновременным воздействием высоких нагрузок и температурных перепадов. Это значительный шаг в создании отечественных решений для критических отраслей промышленности», — отметил инженер исследовательского центра Умеджон Нарзуллоев.
Исследование выполнено при поддержке Минобрнауки России (грант № FSME-2022-0008), а его результаты опубликованы в международном научном журнале Journal of Alloys and Compounds (Q1). Работа демонстрирует потенциал российских материаловедческих школ для решения глобальных технологических задач.
Источник : пресс-служба НИТУ МИСИС
