Исследователи из Университета штата Аризона и их коллеги разработали революционный высокотемпературный медный сплав с исключительной термической стабильностью и механической прочностью. Результаты исследований нового сплава, опубликованные в журнале Science, представляют новый нанокристаллический сплав Cu-3Ta-0.5Li, который демонстрирует удивительную устойчивость к огрубению и деформации ползучести даже при температурах, близких к точке плавления.
«Наш подход к разработке сплава имитирует механизмы упрочнения, характерные для суперсплавов на основе никеля», — говорит Киран Соланки, профессор Школы инженерии Айры Фултона и соавтор исследования.
В настоящее время суперсплавы на основе никеля, известные своей исключительной прочностью, коррозионной стойкостью и высокотемпературной стабильностью, являются основным материалом, используемым в тех областях, где эти свойства имеют решающее значение, например, в аэрокосмической отрасли, газотурбинных двигателях и оборудовании для химической переработки.
Новые материалы особенно нужны в аэрокосмической и оборонной промышленности — подумайте о прочности, долговечности и термостойкости, необходимые для высокоскоростных полетов или применения оружия. Это побуждает исследовательское сообщество продолжать расширять границы высокоэффективных технологий.
Своими превосходными свойствами новый сплав обязан уникальной наноразмерной структуре, включающей точно упорядоченные медно-литиевые частицы, окруженные атомным бислоем с высоким содержанием тантала. Добавление ровно половины процента лития — ни больше, ни меньше — в ранее несмешивающуюся систему Cu-Ta изменяет морфологию осадка. Сфероподобные осадки в системе Cu-Ta превращаются в стабильные кубические структуры, которые значительно улучшают тепловые и механические характеристики.
«Мы разработали медный сплав, который сохраняет прочность и структурную целостность даже после длительного воздействия высоких температур», — говорит Соланки. Ниже приведены основные выводы, полученные в результате исследования медного суперсплава.
- Повышенная термическая стабильность: сплав Cu-3Ta-0,5Li остается стабильным при температуре 800°C в течение более 10 000 часов с минимальной потерей предела текучести.
- Высокотемпературная прочность: сплав превосходит существующие медные сплавы, достигая предела текучести 1120 МПа при комнатной температуре.
- Превосходное сопротивление ползучести: Cu-Ta-Li демонстрирует значительно меньшую деформацию ползучести по сравнению с обычными сплавами Cu-Ta, что делает его идеальным для использования в условиях высоких нагрузок и температур.
Это открытие дает возможности разработки медных сплавов нового поколения для применения в аэрокосмической, энергетической и оборонной промышленности. Потенциальные области применения включают теплообменники, высокопроизводительные электрические компоненты, оружие и конструкционные материалы, требующие долговечности в экстремальных условиях.
«Исследование не только улучшает понимание конструкции сплавов, но и прокладывает путь к созданию материалов, способных выдерживать экстремальные условия», — говорит Крис Дарлинг, соавтор работы. «Наш подход может произвести революцию в разработке высокотемпературных материалов».
