Учёные выявили, какие сплавы позволят авиадвигателям выдерживать температуры до 1000°С

В рамках поддержанного грантом РНФ исследования учёные-материаловеды из НИУ «БелГУ», МИСИС и Санкт-Петербургского государственного морского технического университета продолжают работать над получением новых перспективных материалов для авиа- и космической отрасли. Одной из задач было подобрать оптимальный сплав для изготовления двигателей.

Раньше считалось, чем больше тугоплавких элементов входит в состав сплава, тем лучше его характеристики. Например, хром и ниобий имеют высокие температуры плавления (1857°C и 2477°C соответственно), а добавление к ним титана и циркония создаст сплавы с превосходной прочностью при высоких температурах (свыше 1000°С) и улучшенной стойкостью к окислению.

Чтобы проверить эту гипотезу, учёные изготовили 12 сплавов с различными комбинациями четырёх металлов – ниобия, хрома, титана и циркония – и сравнили их соединения между собой. Исследователи на специальных установках провели серию экспериментов, испытав полученные сплавы на прочность и жаростойкость при разных режимах вплоть до 1000°С.

Как пояснил старший научный сотрудник лаборатории объёмных наноструктурных материалов НИУ «БелГУ», кандидат технических наук Никита Юрченко, 1000 °С считается температурой потенциального конструкционного применения данных сплавов, самую высокую жаростойкость при такой температуре показал сплав из трёх металлов – ниобия, титана и хрома, а лучшую прочность – из ниобия и хрома. При этом учёные выяснили, что добавка циркония в сплавы оказывает негативное влияние на жаростойкость, так как препятствует формированию защитного слоя на поверхности материала.

Это открытие позволит разрабатывать перспективные сплавы для производства двигателей нового поколения, не требующих систем охлаждения.

– Сейчас мы продолжаем изучать предложенные сплавы, чтобы критически оценить возможность их практического применения. Предположительно, сплав ниобия, титана и хрома или сплав ниобия и хрома можно использовать при производстве двигателей нового поколения для авиастроения и космической промышленности, а также других областей, где требуются материалы, способные выдерживать высокие нагрузки при повышенных температурах. Это позволит двигателям стабильно работать при нагреве до 1000°С, а в перспективе заменить существующие менее жаропрочные материалы, сократив энергопотери на принудительное охлаждение деталей, – прокомментировал Никита Юрьевич.

Результаты исследования, опубликованы в журнале Scripta Materialia.