Сплавы нового поколения от российских и японских ученых

Российские ученые разработали программу для нейросетей, которая прогнозирует свойства сплавов. Инновационная программа с высокой точностью предсказывает показатель шероховатости поверхности сплава – от него зависит износ детали при трении с другими механизмами или поверхностью, а также противостояние коррозии. Актуально для аэрокосмической, медицинской и автомобильной промышленности.

Встречайте новый дайджест технологий сохранения энергии. Сегодня рассказываем о сплавах нового поколения.

Сплав из пяти металлов

Ученые Южно-Уральского университета совместно с иностранными коллегами разработали сплав для авиации и машиностроения. Инновационный материал состоит из железа, никеля, хрома, ниобия и марганца.

Большую часть состава сплава занимают железо и никель, 15% приходится на хром, обеспечивающий антикоррозийные свойства, еще 10% – на марганец, небольшую долю может составлять ниобий. Ниобий — это блестящий серебристый металл, устойчивый к коррозии и образующий прочные сплавы.

Для разработки нового сплава ученые смоделировали несколько вариантов соотношения компонентов. Лучшие характеристики показал состав, где на железо и никель приходится 65%, а на ниобий - 10%. Новый материал показал высокую устойчивость к агрессивным средам и экстремальным температурам.

Сплав с нерастворимыми кристаллами

Исследователи МИСИС создали высокопрочный сплав, который сочетает легкость, прочность и термическую стойкость. Чтобы получить новый сплав, ученые использовали смесь промежуточного сплава алюминия и кальция, чистых меди и алюминия, а также других элементов. Материал подвергли высокотемпературной обработке в течение нескольких часов, что привело к формированию уникальной структуры с нерастворимыми кристаллами, содержащими кальций и кремний.

Эти кристаллические включения играют ключевую роль в улучшении механических свойств сплава. Такая структура обеспечивает оптимальное сочетание прочности и пластичности, что очень важно для материалов, используемых в авиакосмической отрасли.

Команда ученых применила традиционные методы термомеханической обработки, включая отжиг, прокатку и старение, для достижения желаемых характеристик сплава. Главное преимущество разработки — отказ от дорогостоящих добавок — редкоземельных металлов и никеля, присутствующего в промышленных аналогах.

Ожидается, что инновационный сплав поможет продлить срок службы поршневых и авиационных двигателей, топливных баков, структурных компонентов аэрокосмических аппаратов.

Полимероподобный сплав

Исследователи из Японии разработали полимероподобный сверхпрочный металлический сплав из титана и никеля. Материал прочный, как сталь, но может растягиваться, как резина при изменении условий окружающей среды. Разработчики полагают, что он подойдет для создания футуристичных самолетов, способных менять форму.

Ранее ученые выяснили, что сплав из титана и никеля обладает особыми свойствами: он способен сильно растягиваться и сохранять свою новую форму. А при повышении температуры сплава он может вернуться к первоначальной форме. Однако эта особенность проявлялась только при определенных температурах.

Новый же сплав демонстрирует растяжимость и прочность в широком диапазоне температур: от -80 °С до +80 °С. На первом этапе сплав растянули на 50%, затем нагрели его до 300 °С. После этого материал еще раз растянули на 12%. В результате материал стал выдерживать давление, примерно в 18 000 раз превышающее нормальное атмосферное давление. Прочность сплава стала сопоставимой со сталью, а гибкость оказалась в 20 раз выше, чем до обработки.

Широкое применение сплавов легко объяснимо: по сравнению с чистыми металлами они обладают лучшими механическими и технологическими свойствами. Например, хорошо всем знакомая нержавеющая сталь — это сплав железа, хрома и других металлов. Благодаря высокой устойчивости к коррозии, тепловым и механическим воздействиям она используется в различных сферах: от производства сэндвич-панелей до изготовления столовых приборов.