Новый способ получения сплавов позволит «настраивать» их свойства даже после закалки

3 июля 2023
179

Ученые из Уральского государственного педагогического университета (Екатеринбург) впервые синтезировали эквиатомный, то есть содержащий компоненты в равных долях, сплав на основе алюминия, никеля, кобальта, меди и циркония. Эти металлы, концентрация каждого из которых составила 20%, широко используются в промышленности и придают разные конечные свойства сплаву. Так, алюминий, кобальт и цирконий повышают коррозионную стойкость, никель — твердость, медь — пластичность. Но главное их преимущество — образование аморфного состояния, при котором в сплаве отсутствует кристаллическая структура, характерная для обычных металлов. В таком состоянии сплавы приобретают лучшие механические свойства. Аморфные образцы сплава ученые получили в виде стержней методом вакуумного всасывания. Данный метод заключается в следующем: жидкий расплав под давлением втягивается в охлаждаемую цилиндрическую форму (медную изложницу), в результате чего затвердевает в виде стержня. Так как скорость охлаждения при таком втягивании расплава очень большая, кристаллическая структура не успевает сформироваться, и получается аморфный образец.

Ученые предварительно подготовили сплав в жидком состоянии к закалке, опираясь на данные о его свойствах (плотности, электрическом сопротивлении, магнитной восприимчивости). Процесс подготовки заключался в нагреве расплавов до 1370-1420°C, что существенно выше температуры плавления (1250°C). Это позволило сделать расплав более однородным. При быстрой закалке после такой подготовки в зависимости от концентрации компонентов формируется качественная аморфная фаза (без кристаллических включений) или высокотемпературные фазы — как правило соединения алюминия и меди, циркония и переходных металлов (кобальта и никеля), которые невозможно получить при низких скоростях охлаждения.

Физики также экспериментально исследовали плотность сплава, используя проникающее гамма-излучение. Таким образом авторы детально изучили особенности сплава в жидком состоянии и определили режимы, которые позволят подготовить его к быстрозакаленному состоянию. Эти данные позволят получать материалы с желаемыми свойствами. Например, предварительная подготовка сплава перед закалкой поможет образовать требуемые фазы, которые имеют высокие значения механических и коррозионных свойств.