Металл нового уровня: ученые нашли способ улучшить сплавы

Ученые смогли сделать сплав на основе алюминия, хрома, железа и никеля в два раза тверже и в три раза устойчивее к износу. Они добились этого с помощью циклической штамповки — метода, при котором сплав помещают в форму и сжимают с двух сторон.

Этот способ прост в использовании и легко масштабируется, что делает его идеальным для создания прочных и долговечных материалов, которые нужны в машиностроении и аэрокосмической отрасли. Исследование поддержал грантом Российский научный фонд, а результаты опубликованы в журнале Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects.

Сплавы из четырех и более металлов — это материалы будущего для автомобилей и самолетов. Они прочнее обычных сплавов, устойчивы к коррозии и высоким температурам. А если их еще и обработать, например, сжать под высоким давлением, их свойства можно улучшить. Циклическая штамповка — один из таких методов. Сплав помещают в форму, где верхняя и нижняя части двигаются и сжимают его с двух сторон. Процесс повторяют несколько раз, поворачивая образец разными гранями.

Ученые из Южно-Уральского государственного университета (Челябинск) вместе с коллегами из Ирана, Китая и ОАЭ изучили, как меняется структура и прочность сплава после такой обработки. Они выбрали сплав из алюминия, хрома, железа и никеля, потому что эти металлы дешевые и доступные, а значит, их можно широко использовать в промышленности.

Исследователи сделали образцы, смешав чистые металлы и сплавив их при температуре около 1650°C. После охлаждения часть образцов обработали штамповкой. Затем сравнили структуру и свойства исходных и обработанных сплавов.

Что обнаружили:

• В сплаве было две фазы: одна с большим содержанием никеля и алюминия, другая — хрома, железа и никеля.
• После штамповки зерна металлов стали на 44–65% мельче, что сделало сплав более однородным.
• Твердость сплава выросла в два раза, а износостойкость — почти в три раза.

Наше исследование показывает, что циклическая штамповка — это эффективный способ улучшить качество сплавов для авиации и машиностроения. Мы надеемся, что этот метод поможет создать более надежные и долговечные материалы, — говорит руководитель проекта Маджид Насери, PhD, старший научный сотрудник лаборатории «Высокоэнтропийные материалы» ЮУрГУ.

Ранее ученые разработали сверхупругий сплав для строительства особо устойчивых зданий.

Фото: Микроструктура сплава до и после циклической штамповки в закрытых штампах. Источник: Majid Naseri et al. / Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2025.

26.02.2025