Ниобиевый сплав, который не сдаётся при 1500 °C ✛ ✎

Представьте себе кочергу, которую сунули в топку доменной печи. Обычная сталь размягчится и провиснет за минуты. Жаропрочные никелевые сплавы, из которых делают лопатки реактивных двигателей, работают до 1300 °C, но дальше и они сдаются. А теперь взгляните на новый сплав на основе ниобия: при 1500 °C он сохраняет прочность, сравнимую с холодным алюминием.

Секрет материала в его внутренней архитектуре. При затвердевании расплава из смеси ниобия, молибдена и углерода образуется эвтектика — структура, похожая на слоёный пирог, где тонкие пластинки карбида ниобия чередуются с пластинами металлического раствора. Карбидные слои толщиной 166 нанометров работают как арматура в бетоне: они принимают на себя нагрузку и не дают металлу течь. Металлические прослойки между ними, втрое толще, обеспечивают пластичность, чтобы материал не трескался от удара.

Учёные испытали сплав на растяжение при комнатной температуре, 1300 и 1500 °C. При комнатной температуре он выдержал 597 МПа, при 1300 °C — 293 МПа, а при 1500 °C — 188 МПа. После этого образцы продержали 100 часов при 1400 °C и снова посмотрели в микроскоп: расстояние между карбидными пластинками не изменилось даже на десятую долю нанометра. Это значит, что материал не будет деградировать в течение длительной работы.

Сейчас сплав ограничен пластичностью при комнатной температуре: она составляет около 1%, и разрушение начинается с мелких пор от литья. Но эти дефекты можно убрать, улучшив технологию. Уже сегодня материал готов к применению в камерах сгорания, соплах и тепловых экранах, где нужна прочность при 1300–1500 °C и важна низкая стоимость. А в перспективе такие эвтектические сплавы могут стать основой для двигателей нового поколения, работающих за пределом никелевых суперсплавов.