В Томском научном центре СО РАН обобщили исследования высокоэнтропийных сплавов за полвека

Обзор достижений и нерешенных задач по внедрению высокоэнтропийных сплавов в качестве конструкционных материалов, подготовленный учеными ТНЦ СО РАН Михаилом Слободяном, Евгением Пестеревым и Алексеем Марковым, опубликован в журнале Materials Today Communication, который издает в Нидерландах издательство Elsevier BV.

Исчерпывающий обзор на 80 журнальных страницах с более чем 500 источниками, охватывающими все значимые работы последнего времени, был опубликован всего за полтора месяца его после поступления в редакцию.

– Главная цель нашего обзора – провести полную инвентаризацию достижений, противоречий и пробелов в знаниях о высокоэнтропийных сплавах (ВЭС), что позволит выделить наиболее перспективные направления для дальнейших исследований по этой тематике, – поясняют авторы.

Под ВЭС понимаются такие сплавы, которые содержат не менее пяти элементов в близкой концентрации. Концепция таких сплавов разрабатывается более полувека, с конца 1960-х годов, впервые получены они были в 2004 году. За это время опубликовано несколько тысяч научных работ в этой области, а наиболее значимые результаты обобщены в более чем ста обзорах и монографиях.

Если в традиционных сплавах кристаллическую решетку определяет какой-то базовый элемент, например, железо, никель или алюминий, то в ВЭС кристаллическая решетка состоит из атомов разнородных элементов и существенно искажена. Вследствие этого такие сплавы могут обладать превосходящими обычные сплавы физическими свойствами, такими как прочность и пластичность, высокая устойчивость к механическим нагрузкам, химическим, температурным и радиационным воздействиям и т.д. Ученые по всему миру заняты поиском оптимальных составов этих материалов и технологий их создания.

Однако в научной литературе раздаются и голоса скептиков, которые сомневаются в исключительных свойствах ВЭС. Данная точка зрения основывается, в числе прочего, на том, что за два десятилетия эти сплавы так и не были внедрены в промышленности. Сопоставление многочисленных мнений «за» и «против» легло в основу концепции обзора.

Томские ученые оценили перспективы замены на ВЭС используемых сейчас в ядерной энергетике и медицине металлов и сплавов. Обсудили возможности финишной обработки поверхностей как традиционными методами, так и высокоэнергетическими источниками энергии, включая плазму тлеющего разряда, лазерные и электронные пучки. Был сделан вывод, что за последние двадцать лет в материаловедении совершен значительный прорыв в разработке методов компьютерного моделирования и экспериментального исследованиях. Однако, несмотря на достигнутый прогресс, перспективы использования ВСЭ, особенно при высоких температурах эксплуатации изделий, в обозримом будущем не очевидны.

В заключение авторы предложили унифицировать терминологию, стандартизировать методы испытаний и создать глобальную базу данных испытаний, которая позволит проследить взаимозависимости между составом, структурой и свойствами таких материалов и способами их обработки.