Физики ТГУ улучшили сплавы с памятью формы для космоса и Арктики
13 Октября 2020

Сотрудники лаборатории физики высокопрочных кристаллов ТГУ первыми в мире получили структуру сплавов, обеспечивающую им особую способность к деформации и восстановлению исходной формы до 15 процентов. Исследователям удалось добиться максимальных значений, к которым стремятся научные группы, специализирующиеся на разработке сплавов с памятью формы. Материалы с гигантской величиной обратимой деформации предназначены для космической промышленности, робототехники и микросистемных технологий.

– В отличие от обычных сплавов высокоэнтропийные состоят из пяти и более элементов, взятых в эквиатомных или эквимолярных концентрациях. Такая компоновка позволяет получать материалы с особыми функциональными характеристиками, – говорит заведующий лабораторией физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ Юрий Чумляков. – В рамках нового исследовательского проекта, поддержанного РНФ и DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft), сотрудники лаборатории работали со сплавами Fe-28%Ni-17%Co-11.5%Al-2.5X (X=Ti, Nb, Ta, Ti+Nb). За счёт добавления наночастиц удалось получить обратимую деформацию до 13,5 процентов. Максимально рассчитанный ресурс деформации, к которому стремятся материаловеды во всем мире – 8,7 процента. Физики ТГУ – первые, кто получил результат, в два раза превышающий теоретический ресурс, и описал механизм этого процесса.

 Физики ТГУ.jpg

Результаты исследований физиков ТГУ послужат научной основой для создания новых конструкционных и функциональных материалов на основе высокоэнтропийных сплавов, адаптированных для космоса и Арктики.

Ещё сильнее приблизиться к оптимальным показателям физикам удалось при работе с ферромагнитными сплавами NiFeGa(Co) и CoNiAl. Исследователи во всем мире стремятся получить теоретический ресурс деформации –16 процентов.

 – Нам удалось достичь гигантской деформации – 15 процентов – в ферромагнитных сплавах за счет развития процессов переориентации структуры низкотемпературной фазы под нагрузкой. Этого процесса мы добились с помощью ранее запатентованного нами метода – старения в мартенситном состоянии под нагрузкой, – говорит сотрудник лаборатории физики высокопрочных кристаллов ТГУ Анна Ефтифеева.  
 

Высокие результаты, полученные сотрудниками лаборатории физики высокопрочных кристаллов на ферромагнитных материалах, могут быть пригодны для разработки термо- и магнитоконтролируемых силовых элементов, используемых в космической отрасли и робототехнике (в механизмах для пальцев или ног роботов и т.д.). Помимо этого способность деформироваться и возвращаться к исходному состоянию можно использовать в пожарных сигнализациях. При повышении температуры в помещении материал будет изменять форму и запускать систему пожарной безопасности.

Важным требованием для практического применения материалов с высокой обратимой деформацией является стабильность величины обратимой деформации при эксплуатации, а также функциональная усталостная долговечность. В этой связи физики ТГУ планируют провести исследования циклической стабильности полученных свойств, чтобы добиться стабильных эксплуатационных характеристик и дальнейшего внедрения данных материалов в производство.

Новые результаты исследований были представлены коллективом лаборатории на недавней конференции «Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии», проходившей на базе ИФПМ СО РАН. Добавим, что разработки учёных выполнены при финансовой поддержке двух грантов РНФ (идентификатор проектов № 19-49-04101 и № 20-19-00153), немецкого фонда DFG (проект № 405372848 (KR 5134/1-1) и гранта Научного фонда ТГУ им. Д.И. Менделеева.