Пластичность без потерь: российские учёные сломали хрупкость металлов одним элементом

Учёные Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) совместно с коллегами из российских и иранских исследовательских центров представили новый материал, способный защитить технику от коррозии и экстремальных условий эксплуатации.

Разработка относится к классу высокоэнтропийных материалов - перспективной области материаловедения, активно изучаемой во всём мире. Полученный сплав сочетает в себе высокую прочность, стойкость к окислению и при этом обладает пониженной хрупкостью, которая традиционно мешала промышленному внедрению подобных соединений.

В чём суть открытия

Интерметаллические соединения известны высокой твёрдостью и химической устойчивостью, но они слишком хрупкие для широкого использования. Команда исследователей впервые предложила легирование бором, что позволило изменить микроструктуру материала:

• снизилась хрупкость,

• повысилась пластичность,

• прочность сохранилась на высоком уровне.

Таким образом, был найден компромисс между прочностью и гибкостью, которого ранее достичь не удавалось.

Как создавали сплав

Для получения материала использовали комбинацию современных технологий:

1. Выплавка - базовый этап формирования состава.

2. Высокоэнергетический механохимический синтез - измельчение и активация порошка.

3. Детонационное напыление - нанесение готового материала на подложку в виде покрытия.

Этот подход позволил получить двухфазную микроструктуру, обеспечивающую уникальное сочетание свойств.

Характеристики нового материала

• Высокая твёрдость и прочность.

• Сниженная хрупкость и повышенная пластичность.

• Устойчивость к высоким температурам.

• Стойкость к коррозии в агрессивных средах (кислоты, солёная вода, электролиты).

Сравнение с классическими интерметаллидами

Возможные сферы применения

Учёные считают, что новый материал можно использовать в качестве защитных покрытий для оборудования, работающего в агрессивных условиях:

• Аэрокосмическая отрасль - защита элементов ракет и спутников от окисления в высокотемпературных режимах.

• Автомобилестроение - детали двигателей и выхлопных систем, где требуется стойкость к температурным перепадам.

• Энергетика - оборудование тепловых и атомных электростанций, где важно сопротивление коррозии и воздействию электролитов.

Советы шаг за шагом для внедрения

1. Провести лабораторные испытания покрытия на типичных деталях авиационной и автомобильной техники.

2. Оценить долговечность материала в агрессивных средах (кислота, морская вода, пар высокого давления).

3. Подготовить прототипы для энергетического оборудования.

4. Масштабировать процесс детонационного напыления для серийного производства.

5. Создать совместные проекты с промышленными партнёрами для апробации.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Использовать обычные интерметаллиды без модификации → хрупкость, быстрый выход из строя → легирование бором.

• Отказываться от напыления → ограниченное применение → наносить сплав в виде защитных покрытий.

• Применять только в лаборатории → отсутствие практического эффекта → тестировать в реальной технике.

А что если…

Если материал подтвердит свойства в промышленных масштабах, он может стать стандартом для защитных покрытий в экстремальных условиях. Если же в массовом производстве появятся технологические сложности, возможно ограниченное использование — например, только в аэрокосмической отрасли. А если появятся более дешёвые альтернативы, сплав может занять нишу в высокотехнологичных, а не массовых сегментах.

Плюсы и минусы разработки

FAQ

Что такое интерметаллический сплав?
Это соединение двух или более металлов с упорядоченной структурой и особыми свойствами.

Почему бор важен?
Он снижает хрупкость и повышает пластичность сплава.

Где будет применяться новый материал?
В аэрокосмической технике, автомобилестроении, энергетике.

Каким методом наносится покрытие?
Через детонационное напыление порошка на основу.

На какой стадии проект?
Лабораторные испытания, предстоит промышленная апробация.

Мифы и правда

• Миф: новый сплав — это готовый материал для массового производства.
  Правда: пока он протестирован только в лаборатории.

• Миф: покрытие полностью исключает коррозию.
  Правда: оно значительно повышает стойкость, но не делает металл "неразрушимым".

• Миф: технология применима только в космосе.
  Правда: её можно использовать и в автомобильной, и в энергетической сферах.

Три интересных факта

1. Бор впервые использован для легирования многокомпонентного интерметаллического сплава.

2. Материал относится к высокоэнтропийным системам — одному из самых перспективных направлений материаловедения.

3. Для нанесения использовался метод детонационного напыления, который применяют также при создании бронезащиты.

Исторический контекст

• 1970-1990-е: исследования интерметаллидов, высокая прочность при ограниченной применимости.

• 2000-е: начало изучения высокоэнтропийных материалов.

• 2020-е: применение борсодержащих систем в защитных покрытиях.

• 2025: учёные ЮУрГУ и их коллеги создают новый интерметаллический сплав с уникальным балансом свойств.