Томские физики создали сплав, который выдерживает 100 тысяч циклов деформации
Ученые ТГУ добились уникального состояния сплава с памятью формы, усовершенствовав многокомпонентные сплавы Гейслера путем добавления железа и кобальта. Благодаря оптимизации химического состава и термической обработке, новый материал демонстрирует высокие обратимые деформации в интервале от 100 до 300 градусов и выдерживает до 100 тысяч рабочих циклов без разрушения, что открывает перспективы для его применения в высокотемпературных механических устройствах аэрокосмической, автомобильной и энергетической отраслей.
Ученые Сибирского физико-технического института Томского государственного университета (СФТИ ТГУ) работают над созданием функциональных материалов на основе многокомпонентных сплавов Гейслера. Это соединения нескольких металлов (интерметаллиды), которые при высоких температурах демонстрируют память формы и сверхэластичность. В автомобильной, аэрокосмической, производственной и энергетической промышленности сплавы Гейслера – «конкуренты» популярного в использовании никелида титана (TiNi).
Преимущества сплавов Гейслера в том, что у них выше, чем у TiNi, циклическая стабильность и степень возврата заданной деформации при высоких температурах — от 100 градусов Цельсия. Лаборатория физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ усовершенствовала сплавы Гейслера за счет добавления четвертого элемента — железа либо кобальта. Подобранная концентрация элементов повысила прочностные характеристики и рабочие температуры новых материалов.
Сплавы с памятью формы (СПФ) с высокими температурами мартенситного превращения могут упростить и повысить эффективность работы многих механических устройств, предназначенных для работы при температурах выше 100 градусов Цельсия. Они могут заменить собой часть конструкции, являясь одновременно считывающим и исполнительным устройством. Насыщение конструкции дополнительными механизмами приводит к нежелательному увеличению ее веса и объема, увеличению риска возникновения неисправностей, а также к повышению энергозатрат. Поэтому с развитием наук о новых материалах и металловедения в качестве решения стали использоваться «умные» материалы, способные давать отклик на изменение условий окружающей среды.
Основные успехи в этой области получены на сплавах на основе TiNi. Однако у никелида титана есть ряд минусов. Это слабая циклическая стабильность, невысокая степень возврата заданной деформации, низкие температуры и пр. В связи с этим постоянно разрабатывается ряд новых высокотемпературных сплавов с памятью формы.
Одним из наиболее значительных конкурентов TiNi являются сплавы Гейслера с памятью формы. Это химические соединения двух или нескольких металлов (интерметаллиды) с химической формулой X2YZ, где X и Y – элементы переходной группы, а Z – элементы основной группы.
Среди сплавов Гейслера наиболее популярными, изученными и перспективными являются сплавы Ni2MnGa и Ni/span>2FeGa. В СФТИ ТГУ их разработкой занимается коллектив лаборатории физики высокопрочных кристаллов (заведующий лаборатории – профессор Юрий Чумляков) под руководством старшего научного сотрудника, кандидата физико-математических наук Екатерины Тимофеевой. Работы ведутся в рамках проекта, поддержанного Российским научным фондом.
Лаборатория физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ – одна из немногих в мире, где занимаются ростом и исследованием монокристаллов. Сплавы Гейслера практически невозможно исследовать в поликристаллическом состоянии ввиду высокой хрупкости. Поэтому получение больших и высококачественных монокристаллов дает ученым существенное преимущество и открывает новые возможности по контролю микроструктуры и свойств.
В ходе работы над проектом лаборатория физики высокопрочных кристаллов СФТИ усовершенствовала сплавы Гейслера за счет добавления четвертого элемента (Ni2MnGa-Fe и Ni/span>2FeGa-Со). Кроме легирования железом и кобальтом, в сплавах также изменили концентрацию выбранных элементов. Параметры внутренней микроструктуры сплавов исследователи контролируют посредством термических обработок – это еще один эффективный способ улучшения свойств.
Отличительной чертой проекта сотрудников СФТИ ТГУ является создание уникальной возможности за счет изменения химического состава – в монокристаллах Ni/span>2FeGa-Со были обнаружены частицы омега-фазы. Появление/исчезновение этой кристаллической фазы контролируется за счет термической обработки. При этом омега-фаза характерна для сплавов на основе Ti, Nb, Zr, а в сплавах Гейслера ее частицы ранее практически не наблюдались. В некоторых случаях выделение омега-фазы может быть полезным, в то время как в других ее образование значительно ухудшает свойства сплава.
В монокристаллах Ni/span>2FeGa-Со омега-фаза играет ключевую роль в определении прочностных характеристик и рабочих температур.
– Нам удалось получить уникальные состояния сплава, в которых омега-фаза способствует значительному улучшению его характеристик. Такие результаты были достигнуты за счет вариации концентрации элементов, т.е. изменения химического состава, а также за счет термических обработок. Например, получены высокие рабочие температуры – большие обратимые деформации сплава наблюдаются в широком интервале температур от 100 до 300 градусов Цельсия. Кроме того, сплавы способны испытывать 100 тысяч рабочих циклов «нагрузка/разгрузка» без существенной деградации и разрушения, – рассказывает руководитель проекта Екатерина Тимофеева.
Данная разработка представлена на одной из крупнейших профильных конференций – VI международной конференции «Сплавы с памятью формы» (Москва).
Результаты исследований в рамках проекта «Разработка функциональных материалов с высокотемпературными эффектами памяти формы и сверхэластичности на основе многокомпонентных сплавов Гейслера» опубликованы, в том числе, в высокорейтинговых журналах (квартиль Q1) – Metals издательства MDPI и Materials Letters издательского дома Elsevier. Оба издания входят в базу данных Scopus.
Telegram 
Дзен 
VK Авторы нового исследования выяснили, почему летающие насекомые так не любят чеснок: в нем содержится органическое вещество, подавляющее процесс спаривания и откладывания яиц. Причем мух и комаров отпугивает не запах, а вкус чеснока, поскольку это соединение особым образом воздействует на вкусовые рецепторы.
Хотя сам факт наличия непонятных объектов на снимках, которые американские астронавты сделали на Луне, известен давно, десятилетиями их списывали на химические дефекты светочувствительной эмульсии фотопленки или блики света в линзах камер. Новая публикация на сайте Пентагона признает их реально существующими объектами, хотя и не делает выводов о их природе.
Ученые выяснили, что скорость и связность речи у человеческих младенцев и певчих птиц зависят не только от физических тренировок, но и от социального одобрения. Оказалось, и дети, и птенцы начинают произносить звуки быстрее, если взрослые реагируют на их попытки общаться. Исследование доказывает, что эволюция сложных форм коммуникации строится на поиске социальной отдачи.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Крупные травоядные утконосые майазавры известны своим развитым социальным поведением. Они жили семьями и строили гнезда для своих детенышей. Даже название вида переводится с греческого языка как «ящер — хорошая мать». Исследование окаменелых зубов майазавров показало, что они выращивали детенышей совсем не так, как это считалось типичным для животных глубокой древности.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно