Первое в своем роде исследование, опубликованное в журнале Scientific Reports, описывает сплав на основе карбида титана (TiC) и легированного молибден-кремний-бора (Mo-Si-B), или MoSiBTiC, высокотемпературная прочность которого определили постоянным воздействием при температурах от 1400°C до 1600°C.

«Наши эксперименты показывают, что сплав MoSiBTiC невероятно прочен, по сравнению с передовыми однокристальными никелевыми суперсплавами, часто используемыми в горячих отсеках тепловых двигателей, вроде авиационных реактивных двигателей и газовых турбин для генерации электроэнергии, – говорит ведущий автор исследования профессор Киосуке Ёсими из Высшей инженерной школы Университета Тохоку. – Эта работа предполагает, что MoSiBTiC, будучи высокотемпературным материалом, не входящим в число суперсплавов на основе никеля, – многообещающий кандидат для применения в этой области».

Ёсими и его коллеги сообщили о нескольких свойствах, указывающих на выдерживание сплавом разрушительных сил при сверхвысоких температурах без деформации. Они также наблюдали поведение сплава при воздействии на него возрастающих сил, когда в нем стали образовываться и расти трещины до тех пор, пока он в итоге не разломался.

Трехмерная структура 1-го поколения сплава MoSiBTiC / © Kyosuke Yoshimi

Исследователи испытывали ползучесть сплава на протяжении 400 часов при давлениях от 100 до 300 МПа. Все эксперименты проводились на управляемой компьютером испытательной установке в вакууме для предупреждения окисления материала и попадания на него влаги, из-за которой на сплаве могла образоваться ржавчина.

Также, в исследовании говорится, что сплав испытывает большее удлинение при уменьшении воздействия. Ученые объясняют, что ранее такое поведение наблюдалось только у сверхпластичных материалов, способных противостоять преждевременному разрушению.

Эти обнаружения являются важным знаком для применимости MoSiBTiC в системах, функционирующих на экстремально высоких температурах, вроде систем преобразования энергии в автомобилях, силовых установок и двигательных систем в авиационных двигателях и ракетах. Исследователи сообщают, что им еще необходимо провести несколько дополнительных микроструктурных анализов для полного понимания механики сплава и его способности восстанавливаться после воздействия высоких давлений при высоких температурах.

«Наша конечная цель – изобрести новаторский сверхвысокотемпературный материал, превосходящий суперсплавы на основе никеля, и заменить лопасти турбин высокого давления, сделанные из никелевых суперсплавов, новыми турбинными лопастями из сверхвысокотемпературного материала, – говорит Ёсими. – Чтобы сделать это, следующим шагом мы должны улучшить устойчивость MoSiBTiC к окислению, разработав сплав, не повредив его исключительные механические свойства. Но, это действительно сложная задача».