Исследователи Сибирского физико-технического института Томского государственного университета совершили настоящий прорыв в области материаловедения. Коллектив лаборатории физики высокопрочных кристаллов под руководством профессора Юрия Чумлякова разработал уникальные многокомпонентные сплавы Гейслера, способные работать в экстремальных температурных условиях — от 100 до 300 градусов Цельсия.
«Нам удалось получить уникальные состояния сплава, в которых омега-фаза способствует значительному улучшению его характеристик. 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, кандидат физико-математических наук Екатерина Тимофеева.
Особенностью разработки томских ученых стало введение четвертого легирующего элемента — железа или кобальта — в классические сплавы Гейслера.
«Кроме легирования железом и кобальтом, в сплавах также изменили концентрацию выбранных элементов», — отмечают исследователи.
Именно этот подход позволил создать принципиально новые материалы с улучшенными характеристиками.
Важным достижением стало обнаружение в монокристаллах Ni2FeGa-Со уникальной омега-фазы — кристаллической структуры, ранее практически не наблюдавшейся в сплавах Гейслера.
«В монокристаллах Ni2FeGa-Со омега-фаза играет ключевую роль в определении прочностных характеристик и рабочих температур», — подчеркивают ученые.
Появление и исчезновение этой фазы контролируется с помощью термической обработки, что открывает новые возможности для управления свойствами материала.
Разработанные сплавы демонстрируют значительные преимущества перед традиционно используемым никелидом титана (TiNi). Они обладают более высокой циклической стабильностью и степенью возврата заданной деформации при высоких температурах. Это делает их перспективными для применения в автомобильной, аэрокосмической и энергетической промышленности, где требуются материалы, способные работать в экстремальных условиях.
Лаборатория физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ является одной из немногих в мире, где занимаются ростом и исследованием монокристаллов сплавов Гейслера.
«Сплавы Гейслера практически невозможно исследовать в поликристаллическом состоянии ввиду высокой хрупкости. Поэтому получение больших и высококачественных монокристаллов дает ученым существенное преимущество», — объясняют специалисты.
Результаты исследований, выполненных в рамках проекта Российского научного фонда, уже опубликованы в высокорейтинговых международных журналах Metals (издательство MDPI) и Materials Letters (Elsevier), входящих в базу данных Scopus. Разработка была представлена на VI международной конференции «Сплавы с памятью формы» в Москве, где получила высокую оценку специалистов.
