Созданы титановые сплавы с рекордными прочностью и коррозионной стойкостью

Ученые ННГУ им.Н.И. Лобачевского разработали сплавы, имеющие рекордную прочность и коррозионную стойкость. Элементы конструкций, сделанные из таких сплавов, будут лучше подходить для работы в условиях воздействия агрессивных сред и повышенных нагрузок, а также иметь меньшую стоимость по сравнению с промышленными аналогами. Полученные результаты были опубликованы в журнале Metals, работы поддержаны грантом РНФ.

Титановые сплавы – один из основных материалов для изготовления изделий, работающих в агрессивных коррозионных средах. Поэтому титановые сплавы широко применяются в авиации, атомной и нефтехимической промышленности. Перспективным является и применение титана в биомедицинской промышленности, например, для изготовления протезов и имплантов.

«Обычно задача повышения коррозионной стойкости титанового сплава решается путем сложного легирования титановых сплавов, например, металлами платиновой группы (рутений, палладий и др.), что приводит к резкому увеличению их стоимости, – говорит Алексей Нохрин, заведующий лабораторией Научно-исследовательского физико-технического института ННГУ. – А для повышения прочности титановые сплавы подвергают большим деформациям, что позволяет сформировать в них очень малое – субмикронное – зерно. Но такой подход не подходит для сплавов, работающих при высоких температурах, например, в авиации и атомной энергетике».

Для изготовления сплавов ученые Университета Лобачевского применяли метод высокоскоростного электроимпульсного («искрового») плазменного спекания. Это метод высокоскоростного нагрева порошков путем пропускания импульсов тока очень большой мощности при одновременном приложении давления. Для спекания использовались специально приготовленные порошки.

Благодаря этому методу нижегородским ученым удалось сформировать однородную высокоплотную структуру в трех видах титановых сплавов, применяемых в биомедицине (титан ВТ1-0), атомной энергетике (сплав ПТ-3В) и в авиации (сплав ВТ-6).

Титановые сплавы, полученные учеными, имеют рекордные значения предела прочности и твердости, а также очень высокую стойкость против электрохимической и горячей солевой коррозии. В частности, скорость коррозии новых сплавов оказалась в несколько раз меньше, чем для промышленных сплавов, получаемых обычными методами. Пределы прочности и твердость титановых сплавов оказались в 1,5–2 раза выше, чем у промышленных сплавов, при этом нижегородским ученым удалось одновременно обеспечить и высокую пластичность полученных материалов.

Исследования коллектива ННГУ показали, что такие свойства новых титановых сплавов обусловлены процессом самопроизвольного легирования: сплавы насыщаются углеродом из графитовых пресс-форм, в которых они спекались. Насыщение титанового сплава при искровом плазменном спекании оказалось аномально интенсивными, что и привело к резкому повышению характеристик сплавов.