Ученые из Белгородского государственного национального исследовательского университета нашли способ сделать высокоэнтропийные сплавы из нескольких металлов в 3,5 раза прочнее и в 1,35 раза пластичнее. Такие сплавы могут найти применение в авиационной промышленности и медицине.

Статья об этом опубликована в журнале Scientific Reports.

Создание металлических сплавов с древних времен являлось двигателем прогресса. Однако сегодня создание подобных материалов идет медленнее из-за повышения интереса к пластикам, керамике и композитным соединениям. Несмотря на это, ученые продолжают создавать новые сплавы и открывать перспективные классы соединений.

Одним из таких классов являются высокоэнтропийные сплавы. Они содержат несколько, обычно не менее пяти, основных элементов в почти одинаковых соотношениях. Это позволяет получать уникальные свойства, необходимые для разнообразных применений. Например, смеси из тугоплавких элементов обладают рекордной прочностью при высоких температурах. Это делает их привлекательными для авиастроения.

Поддержанные Президентской программой исследовательских проектов Российского научного фонда авторы нового исследования предложили метод синтеза нескольких новых обогащенных титаном материалов, в которые внедряются олово и тантал. Исследователи показали, что свойства этих элементов, которыми допируют сплав, могут значительно улучшить его механические характеристики.

Чтобы проверить это, образцы сплавов с разным содержанием олова и тантала испытали на растяжение. В результате оказалось, что новые материалы имеют высокую способность к деформационному упрочнению — их прочность заметно повышается в процессе растяжения, при этом сохраняется высокая пластичность.

Такой эффект получается благодаря фазовому превращению, в ходе которого мягкая фаза постепенно становится более твердой.

«По сравнению со сплавом, от которого мы отталкивались, прочность выросла в 3,5 раза одновременно с повышением пластичности на 35%. Главная область применения таких соединений — авиационная промышленность. Например, наши сплавы могут оказаться востребованы для создания легких и надежных деталей корпусов самолетов. Кроме того, благодаря хорошей биосовместимости компонентов сплавов, они также могут использоваться для изготовления имплантатов в ортопедии и травматологии», — подводит итог один из авторов работы, старший научный сотрудник БелГУ Никита Степанов.