Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
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 Ученые Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова более десяти лет изучают уникальные свойства кефирных зерен — природных симбиотических сообществ микроорганизмов, собранных в высокогорных районах Кавказа. Исследования показывают, они могут стать основой для новых методов лечения кишечных заболеваний, восстановления иммунитета и даже создания космического питания.
Морские биологи впервые детально задокументировали процесс родов у диких кашалотов. Анализ видеозаписей и акустических сигналов показал, что самки из разных родственных линий временно объединяются, чтобы по очереди выталкивать новорожденного на поверхность для дыхания. Это первое доказательство взаимопомощи при родах между неродственными особями у видов, не относящихся к приматам.
Квантовые эффекты помогают ученым во множестве сфер, но работать с ними не просто — степень определенности квантового мира концептуально отличается от того, что существует в классической физике. Чтобы подтвердить, что они работают с нужными квантовыми состояниями, физикам приходится постараться.
Морские биологи впервые детально задокументировали процесс родов у диких кашалотов. Анализ видеозаписей и акустических сигналов показал, что самки из разных родственных линий временно объединяются, чтобы по очереди выталкивать новорожденного на поверхность для дыхания. Это первое доказательство взаимопомощи при родах между неродственными особями у видов, не относящихся к приматам.
Ученые Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова более десяти лет изучают уникальные свойства кефирных зерен — природных симбиотических сообществ микроорганизмов, собранных в высокогорных районах Кавказа. Исследования показывают, они могут стать основой для новых методов лечения кишечных заболеваний, восстановления иммунитета и даже создания космического питания.
Во время нейроанатомического исследования тканей полового члена ученые выявили высокую плотность нервных окончаний в области, которую анатомы и хирурги долгое время оставляли без должного внимания. Авторы научной работы предположили, что эта зона может играть важную роль в формировании сексуальных ощущений, и допустили, что именно там у мужчин находится аналог так называемой «точки G».
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
За 10 лет лежания в почве сигаретные фильтры не растворились, а лишь замаскировались под грязь. Их пластиковые волокна распались на микрочастицы, намертво склеились с минералами и превратились во вторичный микропластик. Более того, на пятом году гниения мусор начал отравлять землю с новой силой.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
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