В ТМЦ СО РАН выполнили обзор применения высокоэнтропийных сплавов за 50 лет
Исследование более чем 500 работ по использованию высокоэнтропийных сплавов в качестве конструкционных материалов провели с целью выявления достижений и проблем этого направления материаловедения ученые Томского научного центра (ТНЦ) СО РАН, 28 июня сообщает пресс-служба центра.
Результаты исследования были представлены в статье «Последние достижения и нерешенные задачи по внедрению высокоэнтропийных сплавов в качестве конструкционных материалов», опубликованной за авторством Михаила Слободяна, Евгения Пестерева и Алексея Маркова в журнале Materials Today Communication. Она представляет собой исчерпывающий обзор, охвативший все значимые работы последних лет.
«Главная цель нашего обзора — провести полную инвентаризацию достижений, противоречий и пробелов в знаниях о высокоэнтропийных сплавах (ВЭС), что позволит выделить наиболее перспективные направления для дальнейших исследований по этой тематике», — заявили авторы статьи.
Высокоэнтропийными сплавами — ВЭС — называются сплавы, содержащие в близкой концентрации пять и более элементов. Разработкой способов получения таких сплавов стали заниматься с конца 1960-х годов, но получены они были лишь в 2004 году. С тех пор о результатах исследования ВЭС было написано несколько тысяч научных работ, а наиболее значимые из них легли в основу более ста обзоров и монографий.
Особенностью ВЭС является то, что в традиционных сплавах кристаллическая решетка создается базовым металлом, которым может быть, например, железо, никель или алюминий, но в высокоэнтропийных сплавах кристаллическая решетка состоит из атомов разных элементов, что существенно искажает ее форму.
В результате таких нарушений ВЭС могут обладать физическими свойствами, превосходящими обычные сплавы. Например, иметь очень высокую прочность и пластичность, высокую стойкость к механическим нагрузкам, химическим, температурным и радиационным воздействиям и т. д.
Поиском ВЭС с подобными уникальными характеристиками — их составов и технологий производства, занимаются специалисты всего мира, однако, как напоминают отдельные скептики, за два десятилетия такие сплавы так и не были внедрены в промышленность.
Обзор томских ученых построен как раз на сопоставлении многочисленных мнений «за» и «против» ВЭС и сравнении их с используемыми сейчас в ядерной энергетике и медицине металлами и сплавами.
В своем исследовании они оценили возможности финишной обработки поверхностей изделий с помощью традиционных и инновационных методов, основанных на использовании высокоэнергетических источников энергии, в том числе плазмы тлеющего разряда, лазерных и электронных пучков.
Вывод, который делают исследователи, состоит в том, что в материаловедении за последние двадцать лет совершен значительный прорыв в разработке методов компьютерного моделирования и экспериментального исследования. Однако пока перспективы использования ВЭС, особенно при высоких температурах эксплуатации изделий, в обозримом будущем не просматриваются.
Заключая свой обзор, авторы предложили унифицировать терминологию при исследовании ВЭС, стандартизировать методы их испытаний и создать глобальную базу данных результатов этих испытаний, которая позволит выявить взаимозависимости между составом, структурой и свойствами ВЭС и методов их обработки.
