Российские ученые создали уникальный материал будущего: новый металл прочнее любой стали, но дешевле даже алюминия
Мир металлургии замер в ожидании прорыва. Инженеры десятилетиями бились над задачей, как совместить в одном металле несовместимое. Конечный продукт должен был сочетать в себе легкость алюминия, прочность закаленной стали, жаростойкость титана и при этом — доступную цену. До последнего времена такие требования казались недостижимыми.
Но команда ученых из Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) и Института металлургии Уральского отделения РАН (ИМЕТ УрО РАН) не просто нашла гениальное решение. Российские исследователи предложили сразу два революционных подхода, которые кардинальным образом меняют правила игры на поле создания материалов для экстремальных условий.
Как оказалось, что под общим знаменателем «российская разработка» скрываются две параллельные, но равно важные научные работы. И обе они точно нацелены на один и тот же класс материалов — высокоэнтропийные сплавы (ВЭС). Если говорить просто, то их основной принцип — отказ от главного металла. Вместо этого смешиваются пять и более элементов. Таким образом, создается уникальная кристаллическая решетка, которая и наделяет материал невероятной прочностью, пластичностью и устойчивостью.
Первое направление для использования — это создание сплава для авиации и космоса. Его основу составляют алюминий, титан, цирконий, ванадий и ниобий, а главная инновация скрывается в методе получения.
Ученые не использовали чистые, а потому дорогие металлы, а задействовали их дешевые оксиды. В процессе алюминотермического синтеза алюминий «забирает» кислород у оксидов, высвобождая чистые металлы, которые тут же образуют однородный расплав. Этот метод не требует дорогих вакуумных печей и использует энергию самой химической реакции, что резко снижает затраты.

Образцы инновационного металла
Результат превзошел ожидания: твердость сплава достигает 670 единиц по шкале Виккерса. А это, между прочим, уровень качественной закаленной стали. Но главное отличие нового российского материала заключается в том, что он сохраняет эту прочность при гораздо более высоких температурах и агрессивных химических средах. В таких условиях сталь бы давно уже потекла или вовсе разрушилась.
Параллельно, как сообщает сайт ЮУрГУ, другая группа ученых университета в кооперации с коллегами из Ирана, Китая, Великобритании и ОАЭ решала проблему стоимости ВЭС с другой стороны. Они пошли еще дальше в стремлении снизить цену.
— пояснил старший научный сотрудник лаборатории «Высокоэнтропийные материалы» ЮУрГУ Маджид Насери.
Поэтому команда ученых приняла решение заменить один из стандартных дорогих элементов на гораздо более дешевое железо. Одна только эта замена позволила снизить затраты на производство сразу на 50%.

Маджид Насери, один из главных ученых проекта
Такое изменение потенциально могло вызвать потерю свойств у металла, поэтому в качестве компенсации наши ученые применили инновационный метод обработки — циклическую штамповку в замкнутом объеме. Для этого структуру материала дробили на прессе до наноразмеров.
— отметил профессор кафедры материаловедения и физико-химии материалов ЮУрГУ Евгений Трофимов.
В итоге микротвердость сплава увеличилась на ошеломляющие 168%!
Практическая значимость этих разработок переоценить невозможно. По словам профессора Трофимова, такие сплавы открывают путь к промышленному производству жаропрочных, легких и надежных материалов нового поколения. Они предназначены для деталей, работающих на износ под колоссальными нагрузками: лопаток турбин, сопел ракетных двигателей, компонентов для химического оборудования.

Лопатки современной турбины
Использование этих материалов позволит не только повысить надежность и ресурс техники, но и кардинально снизить ее вес. В авиации и космонавтике каждый убранный килограмм — это огромная экономия топлива и увеличение полезной нагрузки. Следовательно, повышается конкурентоспособность России в вышеупомянутых сферах.
На сегодняшний день аналогов, сочетающих в себе столь выдающиеся свойства и столь низкую себестоимость производства, в мире не существует. Российские технологии — как алюминотермического синтеза, так и создания наноструктурированных сплавов — являются уникальными. Это реальный шанс для России не только достичь технологического суверенитета в критически важных отраслях, таких как авиа- и ракетостроение, но и выйти на мировые рынки в качестве лидера в материаловедении.
Сейчас команды исследователей продолжают работу. Они изучают влияние добавок других элементов, оптимизируют технологические процессы для промышленного масштабирования и готовятся к испытаниям в реальных условиях.
Оба направления — и создание жаропрочного сплава для космоса, и разработка ультратвердого наноструктурированного материала — это не финал, а мощный задел на будущее. Цель обоих заключается в том, чтобы сделать российские технологии прочнее, легче и экономичнее. Следующий шаг — за промышленностью, и он определит, как скоро новые материалы начнут покорять не только космос, но и мировые рынки.
Но команда ученых из Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) и Института металлургии Уральского отделения РАН (ИМЕТ УрО РАН) не просто нашла гениальное решение. Российские исследователи предложили сразу два революционных подхода, которые кардинальным образом меняют правила игры на поле создания материалов для экстремальных условий.
Два прорыва на одном фронте
Как оказалось, что под общим знаменателем «российская разработка» скрываются две параллельные, но равно важные научные работы. И обе они точно нацелены на один и тот же класс материалов — высокоэнтропийные сплавы (ВЭС). Если говорить просто, то их основной принцип — отказ от главного металла. Вместо этого смешиваются пять и более элементов. Таким образом, создается уникальная кристаллическая решетка, которая и наделяет материал невероятной прочностью, пластичностью и устойчивостью.
Первое направление для использования — это создание сплава для авиации и космоса. Его основу составляют алюминий, титан, цирконий, ванадий и ниобий, а главная инновация скрывается в методе получения.
Ученые не использовали чистые, а потому дорогие металлы, а задействовали их дешевые оксиды. В процессе алюминотермического синтеза алюминий «забирает» кислород у оксидов, высвобождая чистые металлы, которые тут же образуют однородный расплав. Этот метод не требует дорогих вакуумных печей и использует энергию самой химической реакции, что резко снижает затраты.

Образцы инновационного металла
Результат превзошел ожидания: твердость сплава достигает 670 единиц по шкале Виккерса. А это, между прочим, уровень качественной закаленной стали. Но главное отличие нового российского материала заключается в том, что он сохраняет эту прочность при гораздо более высоких температурах и агрессивных химических средах. В таких условиях сталь бы давно уже потекла или вовсе разрушилась.
Экономия и наноструктуры
Параллельно, как сообщает сайт ЮУрГУ, другая группа ученых университета в кооперации с коллегами из Ирана, Китая, Великобритании и ОАЭ решала проблему стоимости ВЭС с другой стороны. Они пошли еще дальше в стремлении снизить цену.
Ключевой проблемой является непомерно высокая стоимость. В составе этих сплавов чаще всего используются такие дорогостоящие элементы, как Co, Ta, Hf, V, Nb, W и Mo
— пояснил старший научный сотрудник лаборатории «Высокоэнтропийные материалы» ЮУрГУ Маджид Насери.
Поэтому команда ученых приняла решение заменить один из стандартных дорогих элементов на гораздо более дешевое железо. Одна только эта замена позволила снизить затраты на производство сразу на 50%.

Маджид Насери, один из главных ученых проекта
Такое изменение потенциально могло вызвать потерю свойств у металла, поэтому в качестве компенсации наши ученые применили инновационный метод обработки — циклическую штамповку в замкнутом объеме. Для этого структуру материала дробили на прессе до наноразмеров.
Уже после шести таких циклических проходов материал достигает самой высокой твердости и, соответственно, максимальной износостойкости
— отметил профессор кафедры материаловедения и физико-химии материалов ЮУрГУ Евгений Трофимов.
В итоге микротвердость сплава увеличилась на ошеломляющие 168%!
Будущее, построенное на новом металле
Практическая значимость этих разработок переоценить невозможно. По словам профессора Трофимова, такие сплавы открывают путь к промышленному производству жаропрочных, легких и надежных материалов нового поколения. Они предназначены для деталей, работающих на износ под колоссальными нагрузками: лопаток турбин, сопел ракетных двигателей, компонентов для химического оборудования.

Лопатки современной турбины
Использование этих материалов позволит не только повысить надежность и ресурс техники, но и кардинально снизить ее вес. В авиации и космонавтике каждый убранный килограмм — это огромная экономия топлива и увеличение полезной нагрузки. Следовательно, повышается конкурентоспособность России в вышеупомянутых сферах.
На сегодняшний день аналогов, сочетающих в себе столь выдающиеся свойства и столь низкую себестоимость производства, в мире не существует. Российские технологии — как алюминотермического синтеза, так и создания наноструктурированных сплавов — являются уникальными. Это реальный шанс для России не только достичь технологического суверенитета в критически важных отраслях, таких как авиа- и ракетостроение, но и выйти на мировые рынки в качестве лидера в материаловедении.
Сейчас команды исследователей продолжают работу. Они изучают влияние добавок других элементов, оптимизируют технологические процессы для промышленного масштабирования и готовятся к испытаниям в реальных условиях.
Оба направления — и создание жаропрочного сплава для космоса, и разработка ультратвердого наноструктурированного материала — это не финал, а мощный задел на будущее. Цель обоих заключается в том, чтобы сделать российские технологии прочнее, легче и экономичнее. Следующий шаг — за промышленностью, и он определит, как скоро новые материалы начнут покорять не только космос, но и мировые рынки.
- Дмитрий Алексеев
- aktobetimes.kz, www.susu.ru, wikipedia.org
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Странный зверинец первого князя Ярославля: почему археологи были удивлены и даже напуганы находками в нем?
Ученые уверены, что новое открытие поможет переписать некоторые страницы российского истории...
В ходе эксперимента люди начали принимать холодный душ, и произошло нечто странное
Из-за чего огорчились скептики и почему крайне важны первые две недели...
Так рано еще никогда не было: полярный вихрь начал разрушаться уже в ноябре. Чем это грозит России?
Ученые давно замечали тревожную тенденцию, но такого поворота не ждали даже они...
Якобы непроницаемый радиационный барьер Земли был прорван: чем это грозит человечеству?
Что обнаружил японский спутник «Арасе» после магнитной бури высшей категории...
«Гнев Господень»: в Средние века люди спровоцировали два цунами-катастрофы на озере в Италии
Ученые бьют тревогу: шансы, что ситуация может повториться сейчас, весьма велики...
«Мокрые бандиты» атаковали сотни супермаркетов по всей Европе: хакеры уже дважды устраивают пищевой коллапс в западных странах
Европейские ретейлеры еще раз доказали, что «кроилово ведет к попадалову», а скупой будет платить много раз...
Синдром призрачных людей: что узнали ученые, изучив семью, которую 10 лет посещали призраки
Самое интересное: исследователи не смогли поставить точку в своей научной работе. Что им помешало?...
Убивая мертвых: историк рассказал, почему Европу в XVII и XVIII веках охватила эпидемия вампиризма?
Великий ученый, серп на шее, африканские легенды, лекарство из могилы — все это сплелось в причудливую историю...
Новый российский метеорит: почему небесный камень, найденный 20 лет назад на Алтае, оставался никому не известным
Кому сейчас принадлежит космический артефакт и почему юристы называют такие находки ничейными?...
Ученые использовали «психомантеум», чтобы вызвать призраков. А потом началось странное
Исследователи сами не до конца понимают, что зафиксировали приборы во время эксперимента...
Авиация в США наконец-то уходит… с дискет: почему так поздно и как с этим обстоят дела в России?
Американцы потратили на выход из 90-х чудовищные суммы, но далеко не факт, что все заработает в срок и как надо...
Загадочный астероид неожиданно ускорился: у астрофизиков заканчиваются объяснения и гипотезы
Пожалуй, это самый интересный космический детектив за последнее время, и пока он далек до финала...