Улучшены свойства высокоэнтропийных керамических покрытий для авиации

ТОМСК, 3 июня. /ТАСС/. Свойства новых керамических покрытий для использования при сверхвысоких температурах и в агрессивных средах улучшили ученые Томского политехнического университета (ТПУ). Им удалось добиться повышенной стойкости карбидных материалов к окислению при температуре 1 100 градусов, что позволяет в перспективе применять такие покрытия для элементов авиационной и аэрокосмической техники, сообщили ТАСС в пресс-службе Минобрнауки РФ.

В министерстве отметили, что керамика на основе карбида гафния и карбида циркония - уникальный класс материалов, сочетающих экстремальные термомеханические свойства с химической стабильностью, что делает их незаменимыми для использования в условиях сверхвысоких температур и агрессивных сред. Однако ключевым ограничением для широкого применения остается их склонность к катастрофическому окислению при температурах выше 500 градусов, что приводит к прогрессирующей деградации материала, растрескиванию и отслаиванию защитного слоя.

"Одна из стратегий борьбы с этой проблемой - легирование, направленное на формирование плотных, часто самовосстанавливающихся оксидных пленок. Однако традиционное легирование зачастую ухудшает свойства основного карбида. Более перспективной, по словам ученых, является концепция энтропийной стабилизации многокомпонентных карбидов. Подобные сплавы показывают синергетический "эффект коктейля", объединяющий преимущества отдельных компонентов", - сказано в сообщении.

Среди них - подавление дефектов и обеспечение структурной целостности материалов в широком диапазоне температур, улучшение теплопроводности и стойкости к эрозионным процессам, повышение окислительной устойчивости. Наиболее интересны, по словам ученых, тонкопленочные высокоэнтропийные покрытия. Они могут выступать промежуточным слоем между традиционными термобарьерными покрытиями и термостойкими подложками. Подобные сплавы демонстрируют чрезвычайную устойчивость к отслаиванию во время термических циклов.

"В результате было выявлено, что высокоэнтропийные (содержащих не менее пяти компонентов - прим. ТАСС) покрытия на основе карбидов гафния и циркония с добавками алюминия, хрома и тантала проявляют повышенную стойкость к окислению при 1 100 градусов", - сказал один из соавторов, ведущий научный сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Сергей Зенкин.

Новые покрытия ученых ТПУ показывают лучшую стойкость к окислению по сравнению с материалами на основе нелегированных карбидов гафния и циркония (до 20 раз) и сплавами, отдельно легированными алюминием и хромом (до 7 раз). Результаты опубликованы в Ceramics International (Q1, IF: 5.1). Исследование проводится при поддержке гранта Российского научного фонда.