Челябинские материаловеды совершили прорыв в высокотемпературном материаловедении. Ученые Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) разработали высокоэнтропийный сплав, который в 10 раз медленнее окисляется при высоких температурах до 1100 °C. Разработка позволит российским турбинам, ракетным двигателям и газоперекачивающим станциям работать дольше и горячее.

Высокоэнтропийный сплав включает в себя составляющие из алюминия, хрома, никеля и кобальта, с добавлением платины (Pt). Высокоэнтропийными сплавами называют «коктейли» из пяти или более металлов, каждый из которых привносит в новый материал собственные уникальные свойства. В ходе эксперимента сплавы состава Al₀,₅ CoCr₀,₅ NiPt₀,₁ и AlCoCr₀,₅ NiPt₀,₁ выплавились в вакуумной печи при 1670-1730 °C из чистых компонентов. Затем образцы выдерживали 100 часов при температуре 1100 °C на воздухе, каждые 10 часов взвешивая с точностью до 0,00001 грамма.

• Сплав выдерживает 1100 °C на воздухе. Для сравнения, многие стали при такой температуре начинают течь, как пластилин, и превращаться в пепел (окалину).
• На поверхности материала образуется оксидная пленка из чистого корунда (это тот же минерал, что и в сапфире или рубине). Толщина «брони» — всего 3-5 микрон, но она полностью блокирует доступ кислорода к металлу.
• Эксперимент длился 100 часов при экстремальных температурах. Контроль велся на сверхточных весах с дискретностью 0,00001 грамма. Сплав с оптимальным составом (AlCoCr₀,₅ NiPt₀,₁) показал привес из-за окисления всего 0,675 мг/см². Это означает, что он «стареет» в 2-10 раз медленнее обычных никелевых сплавов.

Где применить и кому это нужно? Список для российских компаний:

Материал станет отличным инструментом для развития высокотехнологичных отраслей РФ, где запланировано импортозамещение:

1.Авиадвигателестроение (ОДК, входящая в «Ростех»):

• Применение: Лопатки турбин, камеры сгорания, сопловые аппараты.
• Польза: Возможность поднять температуру газа перед турбиной (КПД двигателя растет) или увеличить ресурс двигателя между ремонтами из-за замедления окисления.

2.Ракетно-космическая промышленность (ГК «Роскосмос»):

• Применение: Сопла ракетных двигателей, элементы конструкции, работающие в окислительной среде (кислород + запредельный нагрев).
• Польза: Отказоустойчивость и предсказуемое поведение материала при старте и в полете. Отсутствие железа — плюс для совместимости с некоторыми компонентами топлива.

3.Энергетическое машиностроение (Силовые машины, Газпром энергохолдинг):

• Применение: Газотурбинные установки (ГТУ) для электростанций и газоперекачивающих агрегатов (компрессорные станции «Газпрома»).
• Польза: Экономия топлива. ГТУ с новыми лопатками можно гонять на более высоких температурах с тем же расходом газа, либо продлить межсервисный интервал на существующих мощностях.

4.Нефтегазовое и химическое машиностроение:

• Применение: Высокотемпературные теплообменники, трубы печей пиролиза, реакторы каталитического крекинга.
• Польза: Борьба с нагарообразованием и окалиной на внутренних стенках. Тонкая пленка корунда не только защищает от окисления, но и пассивирует поверхность от химически агрессивных сред.

Ученые ЮУрГУ планируют увеличить время испытаний до 1000 часов, чтобы доказать «долгую жизнь» оксидной пленки. Также в работе анализ механической «усталости». Работа уже получила поддержку Российского научного фонда и опубликована в авторитетном журнале Metals (Scopus Q2). Ждем выхода материала из лабораторий на реальные заводы. Это шаг к технологическому суверенитету в «горячих» технологиях. В перспективе разрабатываемый в ЮУрГУ материал может заменить никелевые суперсплавы в газотурбинных двигателях, теплозащитных покрытиях, а также найти применение в авиации, ракетной технике и энергетике. Он окисляется в 2-10 раз медленнее никелевых сплавов, не содержит железа и имеет пониженное содержание хрома, что также снижает скорость окисления.

Russian Heroes— источник