Ученые Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) создают новый класс металлических материалов и для этого предложили объединить две передовые концепции материаловедения — высокоэнтропийный состав и самовосстановление. Проект призван решить проблему износа и преждевременного разрушения деталей, а также снизить их стоимость. Разработка будет востребована в сферах авиации, космоса и автомобильной промышленности.
Инновационность разработки заключается в способности материала самостоятельно устранять микродефекты. Руководит проектом преподаватель кафедры «Материаловедение и физико-химия материалов», аспирант Ксения Рыбальченко. Она предлагает вводить в тугоплавкую матрицу высокоэнтропийного сплава (ВЭС) легкоплавкие включения. Тогда, если в металле из-за нагрузок возникнет микротрещина или пора, будет достаточно нагреть деталь — включение расплавится и заполнит дефект, буквально «залечив» его без вмешательства человека.
«Мы „играем“ на разнице температур. Матрица остается твердой, а легкоплавкое включение становится жидким и затекает в трещину. Это позволяет продлить срок службы детали, не давая ей выйти из строя сразу при появлении дефекта», — поясняет исследователь.
Помимо уникальной способности к регенерации, разработка обладает весомым экономическим преимуществом. Современные материалы для узлов, работающих под высокой нагрузкой, часто требуют дорогостоящих компонентов и сложных технологий восстановления. Ученые ЮУрГУ хотят получить материал с высокими механическими свойствами, но значительно меньшей ценой.
«Мы стремимся создать сплав, который не только самовосстанавливается, но и решает проблему высокой стоимости перспективных конструкционных материалов», — подчеркивает Ксения Рыбальченко.
По словам ученых, самозалечивающиеся высокоэнтропийные сплавы в перспективе найдут применение в автомобильной промышленности, в частности, в силовых блоках. Но потенциал технологии гораздо шире: ее можно будет использовать в аэрокосмической и оборонной промышленности. Ожидается, что такие материалы повысят надежность узлов и снизят затраты на ремонт и замену деталей.
Сейчас проект находится на этапе лабораторных исследований и компьютерного моделирования. Специалисты ведут расчеты в программах (FactSage, Thermo-Calc) и готовятся к экспериментальному созданию прототипов. Так как исследование еще в активной фазе, количественные данные о проценте восстановленных материалов после «залечивания» и результаты испытаний на надежность пока не раскрываются.
Авторы подчеркивают уникальность идеи: сегодня тема самозалечивания высокоэнтропийных сплавов в мировой научной литературе почти не освещается, значит она перспективна для научного поиска.
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»).
