Инженеры Университета Монаш (Monash University) в Австралии получили первый в мире крупный, сплошной образец тугоплавкого высокоэнтропийного сплава (Refractory High-Entropy Alloy, RHEA). Новый материал обладает пределом текучести при сжатии более 2 ГПа — это примерно в два раза выше, чем у обычной стали, и в три раза выше, чем у алюминия. При этом сплав остаётся пластичным и может деформироваться без разрушения.
Главное достижение не только в составе, но и в совершенно новом подходе к созданию сплавов.
Как создали суперсплав RHEA
Традиционно при производстве сплавов металлы плавят при очень высоких температурах и смешивают в определённых пропорциях. Австралийские исследователи использовали другой метод: более медленный нагрев при относительно низкой температуре. Это позволило атомам титана, гафния, тантала, ниобия и циркония самостоятельно организоваться в упорядоченную, практически бездефектную структуру.
В результате получился крупный, непрерывный кусок металла (а не тонкая плёнка или микроскопический образец), состоящий из трёх различных компонентов с нанокристаллами, расположенными в разных периодических структурах. Именно эта «атомная архитектура» и обеспечивает исключительную прочность и пластичность материала.
«Атомы могут самоорганизовываться в бездефектные структуры в объёмном металлическом материале — то есть в большом, сплошном куске металла, а не в тонком покрытии, плёнке или микроскопическом образце», — отметил профессор Цзянь-Фэн Не (Jian-Feng Nie), один из авторов работы, опубликованной в журнале Science.
Уникальная структура и свойства
В отличие от классических сплавов, где главную роль играет химический состав, здесь ключевым фактором стало контролируемое формирование внутренней структуры на атомном уровне. Полученный RHEA сочетает высокую прочность с хорошей пластичностью — материал можно растягивать и деформировать без образования трещин.
Это открывает путь к созданию новых классов материалов с заранее заданными свойствами, которые трудно или невозможно получить традиционными методами.
Почему метод революционный
Новый подход потенциально проще и дешевле в масштабировании, поскольку требует меньших температур и энергии. Кроме того, он смещает акцент с подбора химического состава на управление процессом самоорганизации атомов. По словам профессора Янниса Вентикоса (Yiannis Ventikos), последствия этого открытия могут ощущаться десятилетиями — от аэрокосмической отрасли и энергетики до передового машиностроения и технологий, которые ещё только предстоит придумать.
Сейчас команда сосредоточена на изучении атомно-масштабных взаимодействий, которые приводят к формированию таких наноструктур. Учёные хотят лучше понять, как материал эволюционирует и ведёт себя во время процесса нагрева.
Где это можно применить
Высокая прочность в сочетании с пластичностью и потенциально более дешёвым производством делает новый сплав крайне перспективным для ответственных конструкций, где требуется максимальная надёжность при минимальной массе. Возможные области применения — авиация и космонавтика, энергетические установки, передовое машиностроение и любые технологии, где нужны сверхпрочные и в то же время технологичные материалы.
Пока это фундаментальное научное достижение, но оно закладывает основу для целого нового направления в материаловедении.
