Томские ученые создали сплав для Арктики и космоса в 1,5 раза прочнее аналогов
Ученые ТГУ улучшили свойства сплава с эффектом памяти формы, добавив железо в состав CoNiAl. Новый материал демонстрирует повышенную прочность и более широкий диапазон рабочих температур, смещенный в низкотемпературную область. Эти улучшения делают его перспективным для создания высоконадежных, компактных и простых в обслуживании компонентов приводов и актюаторов для работы в экстремальных условиях Арктики и космоса, например, в конструкциях ледоколов и космических кораблей.
Научный коллектив лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ исследовал функциональные возможности монокристаллов из кобальта, никеля и алюминия и железа (CoNiAlFe). Этот сплав обладает двусторонним эффектом памяти формы и может использоваться в разных сферах промышленности. В частности он хорошо подходит как материал для комплектующих актюаторов и приводов, которые есть в конструкции ледоколов и космических кораблей. Железо было добавлено к ранее созданному сплаву CoNiAl в рамках работы над проектом при поддержке гранта РНФ. Исследования в рамках проекта позволят разработать недорогой сплав с памятью формы, которые имеет широкий диапазон рабочих температур и стабильные свойства. Уже полученные результаты показали, что легирование железом расширяет диапазон рабочих температур на 50 градусов, смещая температуры в низкотемпературную область. Кроме того, сплав CoNiAlFe выдерживает рабочую нагрузку в 1,5 раза выше чем CoNiAl.
Работа ученых направлена на усовершенствование и создание новых технических возможностей для развития стратегии освоения космического пространства и северных широт, в том числе — российского региона Арктики. Разработка сплавов CoNiAlFe с двусторонним эффектом памяти формы позволит делать компоненты актюаторов и приводов в ледоколах и космических кораблях высоконадежными, но простыми по конструкции, компактными по размеру, легкими в сборке и обслуживании. При этом изготовление сплава экономически доступно для лабораторий и производств. Лаборатория физики высокопрочных кристаллов СФТИ — одна из немногих в мире, которая занимается ростом и исследованием монокристаллов. Проводимые в рамках проекта исследования на монокристаллах являются уникальными — в научной литературе описываются в основном исследования на поликристаллах.
Создание монокристаллического сплава с высокой термомеханической и циклической стабильностью началось в 2023 году. Изначально коллектив проекта создал трехкомпонентные монокристаллы из кобальта, никеля и алюминия. В широком диапазоне температур изделия из такого сплава многократно могут менять размеры — как при механическом воздействии, так и без него, и полностью возвращаться к исходному положению. При этом изделия не сломаются и не потеряют данное свойство в последующих циклах. Это называется циклической стабильностью двустороннего эффекта памяти формы. Такая особенность сплава позволит продлить работу приборов, улучшить их эффективность и работоспособность, исключить аварийные ситуации.
Применять это можно, к примеру, в пожарных системах. При повышении температуры датчик срабатывает, изменив форму и нажав на нужную кнопку, после чего приводится в действие сигнализация.
— На втором этапе проекта мы проводили исследования сплава уже из четырех компонентов — с добавлением железа. Был получен эффект памяти формы в циклах «охлаждение — нагрев» без воздействия нагрузки, и величина обратимой деформации оказалась довольно большой — порядка 6-8%. Этот эффект достаточно стабильный — выдерживает 100 циклов. Легирование железом должно повышать у сплава энтропию смещения, и, как мы предполагаем, вырастает его термомеханическая и циклическая стабильность сверхэластичности. В итоге добавление железа может привести к термомеханической стабильности материала до 200 градусов, тем самым расширяя температурный интервал работы данных сплавов, — рассказывает руководитель проекта — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ Анна Ефтифеева.
Железо делает сплав CoNiAlFe еще и высокопрочным. Так, у CoNiAlFe рабочая нагрузка может быть значительно выше — до 1000 мегапаскалей. Это в полтора раза больше, чем у сплава без железа.
В третьем, заключительном, этапе проекта физики планируют провести исследования циклической и термомеханической стабильности монокристаллического сплава CoNiAlFe. Его свойства проверят на более 100 циклах под воздействием высоких нагрузок и температур.
Также будут проведены аналогичные исследования на поликристаллах CoNiAlFe. Монокристаллы сплава из этих элементов более устойчивы к разрушению — в них нет границ зёрен, а поликристаллы по этим границам могут быстро разрушаться. Это плохо влияет на циклическую стабильность материала — изделия из него могут продемонстрировать обратную деформацию лишь несколько раз или вообще единожды. Однако поликристаллы дешевле, чем моно, а это немаловажно для производств.
— Мы хотим попробовать решить проблему с разрушением поликристаллов, подобрав нужную методику термообработки. Сохранить в них сверхпластичность, как у монокристаллов, очень сложно, но все же хочется добиться такого результата, — добавляет Анна Ефтифеева.
Проект «Разработка физических основ повышения термомеханической и циклической стабильности сверхэластичности в среднеэнтропийных сплавах CoNiAl(Fe) для применения при экстремально высоких и низких температурах» ведется по гранту Российского научного фонда. Руководитель — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ Анна Ефтифеева. В работе также принимают участие другие сотрудники лаборатории: младший научный сотрудник Антон Тагильцев, инженеры-исследователи Элеонора Янушоните, Мария Жердева, Илья Фаткуллин и Ирина Курлевская, а также доцент кафедры физики металлов физического факультета ТГУ Сергей Аникеев.
Результаты исследования циклической стабильности сверхэластичности монокристаллов CoNiAlFe представлены здесь. На днях руководитель проекта Анна Ефтифеева представила эту научную разработку на одной из крупнейших профильных конференций — VI международной конференции «Сплавы с памятью формы» (Москва).
Telegram 
Дзен 
VK Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Большой взрыв мог быть не началом Вселенной, а моментом рождения самой гравитации в привычном нам виде. Новая модель предлагает иную, квантовую форму гравитации, которая могла запустить инфляцию и избавить космологию от проблемы сингулярности, где законы физики перестают работать.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
Поставщик элементов окололунной станции попытался сдать клиентам изделия, подвергшиеся коррозии еще до начала его монтажа. Об этом заявил новый глава NASA Джаред Айзекман. Защищая свою позицию, поставщик сообщил, что ранее он поставлял модули с коррозией для МКС, но они все равно до сих пор работают. NASA использует скандал для отказа от алогичного проекта Lunar Gateway, обитаемой космической станции на окололунной орбите.
Ученые, похоже, приблизились к разгадке происхождения пшеницы мягкой — той самой, из которой делают большую часть хлеба и другие мучные изделия. Согласно авторам нового исследования, она, предположительно, появилась 8000 лет назад на территории современной Грузии и Армении.
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.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
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