Ученые МИСИС разработали новый износостойкий материал для энергетики
Ученые НИТУ МИСИС разработали композитный материал, сочетающий высокую прочность, устойчивость к износу и термостойкость. Разработка перспективна для применения в авиации, энергетике и машиностроении.
Основная проблема современных жаропрочных сплавов — потеря прочности и активное окисление при длительном нагреве, что ограничивает срок службы изделий из них и повышает риск аварий. Современная промышленность нуждается в материалах, которые могут сохранять свои свойства в условиях высоких температур и давления, например, для изготовления двигателей, турбин, энергетических установок. Поэтому ученые ищут альтернативы, способные объединить высокую прочность, стойкость и долговечность.
«Одним из самых перспективных материалов считаются высокоэнтропийные сплавы, состоящие, как правило, из пяти и более металлов, концентрация которых находится в интервале от 5 до 35 ат. %. Такое сочетание создает особую микроструктуру, благодаря которой сплавы отличаются высокой твердостью и стабильностью при нагреве. Однако даже они могут разрушаться из-за трещин и окисления при длительной работе», — рассказал один из авторов исследования, директор научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС, доктор физико-математических наук Дмитрий Штанский.
Ученые Университета МИСИС предложили способ повышения надежности таких сплавов. Исследователи добавили в сплав хрома, железа, кобальта, никеля и меди наночастицы оксида алюминия. Эти частицы, распределенные по структуре материала, препятствуют проникновению кислорода — основного фактора разрушения при высоких температурах, «скрепляют» кристаллические зерна и замедляют движение атомов кислорода, предотвращая образование микротрещин.
Сплав с добавлением наночастицы оксида алюминия стал прочнее на 29 %, тверже на 27 %, а его износостойкость увеличилась в шесть раз. При нагреве до 750 °C скорость окисления снизилась в два раза. Даже после длительного нагрева материал сохраняет пластичность и не разрушается при сжатии.
«Новый композит может найти применение при изготовлении элементов, которые подвергаются высоким нагрузкам и температурным перепадам: деталей турбин и компрессоров, клапанов двигателей, сопловых элементов, защитных покрытий, а также контактных поверхностей электротехнического оборудования», — сказал участвовавший в исследовании инженер научного проекта научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС Умеджон Нарзуллоев.
Работа выполнена при поддержке гранта Минобрнауки России.