Российские ученые создали сплав с аномально большой памятью формы
Специалисты Сибирского физико-технического института при Томском госуниверситете добились того, что раньше казалось почти недостижимым: они создали высокоэнтропийный сплав с аномально большим эффектом памяти формы, то есть способностью возвращаться к первоначальным размерам и форме после деформации, если его нагреть.
Речь идет о сплаве на основе хрома, железа, марганца, кобальта, никеля и с небольшим — всего 0,2 атомных процента — количеством углерода. Именно этот, практически незаметный на первый взгляд, компонент оказался ключевым. Легирование углеродом позволило повысить прочность и устойчивость структуры, а главное — достичь рекордного для этого класса материалов эффекта памяти формы в 17%. Для сравнения: у близких по составу сплавов без добавления углерода этот показатель ниже — от 12 до 15,7%, а у классического сплава Fe-Mn-Si они не превышает 9,3%. Теоретические вычисления оценивают предел для таких материалов в 17,5%, так что можно сказать, что ученые подошли к нему вплотную.
По словам главного научного сотрудника лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ Ирины Киреевой, углерод в инновационном материале выполняет сразу несколько задач: он укрепляет сплав, способствует фазовому превращению — так называемой мартенситной перестройке кристаллической решетки — без появления в ней дефектов и помогает материалу стабильно работать в повторяющихся циклах «охлаждения-нагрева» и «нагрузки-разгрузки». Это особенно важно для устройств, которые будут десятки тысяч раз менять форму в процессе эксплуатации.
Материал был получен в виде крупных монокристаллов диаметром до 30 миллиметров и длиной до 70 миллиметров, что позволило оценить эффект памяти при растяжении в разных направлениях. Выяснилось, что при напряжении выше 150 мегапаскалей проценны пластической деформациеи и мартенситного превращения начинают конкурировать между собой, и тогда эффект памяти формы ограничивается на уровне 13,8%. Это открытие важно для разработки в будущем поликристаллических сплавов с еще более предсказуемым поведением.
Сейчас команда продолжает работу, пытаясь найти более доступные по стоимости составы — например, в системе Fe-Mn-Cr-Ni-Si, — и достичь теоретического максимума в 17,5% за счет тонкой настройки легирования, то есть экспериментов с количеством добавленного углерода.
Исследование получило поддержку Российского научного фонда и Министерства науки и высшего образования РФ. И хотя речь идет о фундаментальной науке, путь от лабораторного образца до реального применения в данном случае не будет длинным: материалы, которые умеют «запоминать» форму, жизненно необходимы для разработки и внедрения технологий будущего в самых разных отраслях.
