/Поглед.инфо/ Руски учени са разработили линия от топлоустойчиви и издръжливи сплави, които могат да се използват при създаването на авиационни двигатели. В съвременните двигатели газът може да се нагрее до 1650 °C. Повечето метали не могат да издържат на такива температури. Огнеупорните метали също не могат да се използват в чист вид: те са крехки и лесно се окисляват. Затова дизайнерите и металурзите търсят оптимални комбинации от различни метали, които заедно да дадат желания резултат - устойчива на високи температури и издръжлива сплав. Авторите на работата създадоха такава сплав на базата на ниобий, титан и хром и според резултатите от експериментите тя показа оптимални резултати.

Учени от Белгородския държавен национален изследователски университет, Университета за наука и технологии MISIS (Москва) и Държавния морски технически университет в Санкт Петербург са разработили нови топлоустойчиви и издръжливи сплави за авиационни двигатели. Експертите в лабораторни условия експериментално са установили, че най-добрите показатели за якост са за сплав от ниобий и хром, а най-добрите показатели за топлоустойчивост са за сплав от ниобий, титан и хром. Това съобщиха за RT от пресслужбата на Руската научна фондация. Проучването е подкрепено с грант от фондацията. Резултатите са публикувани в списание Scripta Materialia.

В съвременните авиационни двигатели газът се нагрява до 1200–1650 °C. Много преди достигането на такива температури обикновените метали започват да се деформират и след това да се стопят. За решаването на този проблем се използват специални топлоустойчиви сплави на основата на никел, принудително охладени и защитени с покрития. Напоследък се смята, че огнеупорни метали, които имат много висока точка на топене и устойчивост на износване, заменят такива сплави.

  • Gettyimages.ru 
  • © Монти Ракузен

Въпреки това, много огнеупорни метали имат редица недостатъци - например, те са крехки и лесно се окисляват. Затова дизайнерите и металурзите търсят оптимални комбинации от метали, при които техните полезни свойства са максимизирани, а отрицателните им свойства са минимални. Комбинации, които съдържат пет или повече различни метала в равни пропорции, се наричат сплави с висока ентропия. Преди това се смяташе, че колкото повече огнеупорни компоненти има в такава сплав, толкова по-добри са нейните характеристики.

Например хромът и ниобият имат високи точки на топене (съответно 1857 и 2477 °C) и се смяташе, че добавянето на титан и цирконий към тях ще създаде сплави с превъзходна якост при висока температура (над 1000 °C) и подобрена устойчивост на окисляване .

В новото проучване учените са направили 12 различни сплави, за да тестват кои от тях са най-подходящи за структурни приложения. Експертите създадоха комбинации от четири огнеупорни метала - ниобий, хром, титан и цирконий - и сравниха техните комбинации, като проведоха серия от експерименти за изследване на якостта и устойчивостта на топлина.

За да тестват силата, изследователите компресираха пробите в експериментална настройка при различни температури, от стайна температура до 800 °C. Най-високият показател е открит в сплав от ниобий и хром - три пъти по-здрава от останалите.

За да оценят топлоустойчивостта на материалите, учените държат сплавите в пещ при 1000 °C. Според специалистите сплавите могат да бъдат разделени на топлоустойчиви и такива, които са податливи на агресивното въздействие на кислорода и не могат да се използват при високи температури без защитни покрития. В този експеримент най-високият резултат беше демонстриран от сплав от три компонента: ниобий, титан и хром.

  • Gettyimages.ru 
  • © SafakOguz

Учените също установиха, че добавянето на цирконий има отрицателен ефект върху устойчивостта на топлина на сплавта, тъй като предотвратява образуването на защитен слой върху повърхността на материала.

Според експерти те ще продължат да изучават разработените сплави, за да оценят възможността за промишленото им използване.

„Сплавта ниобий-титан-хром или сплавта ниобий-хром се очаква да се използва в производството на двигатели от следващо поколение за самолетната и космическата индустрия, както и в други области, които изискват материали, които могат да издържат на високи натоварвания при повишени температури. Това ще позволи на двигателите да работят стабилно при нагряване до 1000 °C и в бъдеще да заменят съществуващите по-малко топлоустойчиви материали, намалявайки загубите на енергия за принудително охлаждане на части“, Никита Юрченко, кандидат на техническите науки, старши изследовател в лабораторията на обемни наноструктурирани материали в Белгородския държавен национален изследователски университет, каза RT.

Превод: ПИ