КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 25-22-00629
НазваниеВлияние термических и механических воздействий на формирование однофазной упорядоченной структуры и физико-механические свойства сплава 50(AuPtPd) - 50Cu (ат.%)
Руководитель Новикова Оксана Сергеевна, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук , Свердловская обл
Конкурс №118 - Конкурс на получение грантов РНФ по мероприятию «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка проведения научных исследований и развития научных коллективов, занимающих лидирующие позиции в определенных областях науки»
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-208 - Металлы. Сплавы. Неупорядоченные структуры
Ключевые слова Многокомпонентные сплавы, сплавы Au-Pt-Pd-Cu, фазовые превращения, атомное упорядочение, микроструктура, сверхструктура, пластическая деформация, рентгеновская дифракция, микротвердость, электропроводность
Код ГРНТИ29.19.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Сплавы на основе золота, платины и палладия используются в технике для изготовления коррозионностойких проводников слабых электрических сигналов. Ранее, при выполнении проекта РНФ №21-13-00135 мы занимались поиском способов повышения прочностных свойств сплавов на основе золота, упорядоченных по типу L1o. Было разработано и апробировано несколько методик: создание двухфазной упорядоченной структуры (CuAuI+CuAuII), задержка рекристаллизации для формирования наследованного дислокационного каркаса, проведение термообработок в поле сжимающих или растягивающих сил. Использованные при работе по проекту методы и подходы являлись развитием выдвинутых ранее идей, которые были опубликованы в работах Сюткиной В.И., Гринберг Б.А., Горностырева Ю.Н., Козлова Э.В., Старенченко В.А. и др. приблизительно 40 лет назад.
Сейчас в мире достаточно активно развивается новое научное направление, которое может привести к получению сплавов с новыми свойствами – это создание многокомпонентных сплавов (МКС) [1]. Проведенный нами поиск литературы выявил несколько публикаций по созданию МКС на основе драгметаллов, в основном составов Au-Pt-Pd-Ag-Cu [2] и Au-Cu-Ni-Pd-Pt [3].
В данном проекте предполагается исследование МКС 50(AuPtPd) - 50Cu (ат.%), состав которого выбран нами таким образом, чтобы сформировать в нем атомно-упорядоченное состояние. К настоящему времени нами были проведены предварительные эксперименты по изучению влияния различных исходных состояний (закалка и пластическая деформация) на формирование структуры МКС в процессе фазового превращения беспорядок-порядок. Установлено, что пластическая деформация приводит к ускорению фазовых превращений в сплаве по сравнению с закаленным состоянием. Рентгеноструктурный анализ образцов после обработки (деформация + отжиг при температуре 400 °С, 24 ч) указывает на то, что в исследуемом МКС начинает формироваться упорядоченная L1o-фаза (см. рисунок во вложенном файле). В проекте запланировано увеличить продолжительность термической обработки до нескольких месяцев и провести углубленное исследование эволюции структуры и свойств. Кроме того, предполагается проведение экспериментов по ИПД образцов из МКС методом кручения под высоким давлением (КВД), в том числе при криогенной температуре. Ранее мы показали, что предварительная криодеформация приводит к существенному ускорению фазового превращения беспорядок-порядок в сплавах Cu-Pd вблизи эквиатомного состава [4]. Одновременно выявлено существенное измельчение зерна и показано значительное снижение температуры начала реакции.
Приложение внешней нагрузки к сплавам, в которых в процессе превращения беспорядок→порядок из исходной ГЦК структуры формируется тетрагональная кристаллическая решетка, позволяет изменять преимущественное расположение с-доменов (и, следовательно, их границ), влияя, тем самым, на прочностные и пластические свойства [5]. Более того, в работе [6] при исследовании сплава Cu-Au-Pd мы показали, что под действием внешней силы смещается равновесная температурно-концентрационная граница между двумя упорядоченными фазами. В проекте запланированы эксперименты по выяснению влияния растягивающих и сжимающих напряжений на формирование фазового состава, структуры и свойств МКС. Подход может найти применение на практике, к примеру, при создании актуаторов в управляющей аппаратуре [7].
Предлагаемая тематика является новой, исследуемый МКС ранее не рассматривался, описанный подход по формированию упорядоченной фазы в МКС ранее не встречался, результаты работы могут найти практическое применение.
По результатам проекта будет опубликовано не менее четырех статей. В случае патентоспособности разработок планируется оформить заявку на получение патента РФ.
Литература:
1. 10.1016/j.actamat.2020.10.073
2. 10.1039/d0nr02177f
3. 10.1016/j.jallcom.2024.175273
4. 10.1016/j.jallcom.2020.155591
5. 10.1016/j.msea.2024.147481
6. 10.1134/S0031918X18120220
7. 10.1016/j.jallcom.2021.163364
Ожидаемые результаты
В настоящее время растет исследовательский интерес к МКС с гранецентрированной кубической решеткой из-за их уникальных механических свойств, таких как сочетание высоких прочности-пластичности/вязкости разрушения [1]. Поскольку существует проблема повышения прочностных свойств сплавов на основе золота, платины и палладия, которые давно используются в приборостроении как проводники слабых электрических сигналов, в проекте будет использован подход многокомпонентности для создания высокопрочного сплава 50(AuPtPd) - 50Cu (ат.%). Предлагается впервые изучить структуру и свойства МКС на основе драгметаллов после различных термомеханических обработок (включая кручение под высоким давлением при криогенной температуре); выяснить, одна ли упорядоченная L1o-фаза формируется в сплаве после отжигов или смесь из упорядоченных фаз L1o, L11, B2; получить однофазное упорядоченное состояние в сплаве; установить влияние упорядоченных фаз на прочностные и электропроводящие свойства. Образование сверхструктур в МКС ранее не рассматривалось, запланированное исследование является пионерским, его результаты представляют как научный, так и практический интерес.
Анализ отличий деформационного поведения сплавов, упорядоченных при сжатии и при растяжении, проведенный нами на эквиатомном сплаве Cu-Au [2], выявил интересные особенности (сжатие в процессе упорядочения приводит к повышению предела текучести) и четкое отличие формы кривых напряжение-деформация (образцы, которые подвергались растяжению в ходе упорядочения, имеют повышенную пластичность и немонотонную зависимость упрочнения). Такие особенности деформационного поведения упорядоченных сплавов ранее не были описаны. Ранее при исследовании сплава Cu-Au-Pd мы показали, что под действием внешней силы смещается равновесная температурно-концентрационная граница между двумя упорядоченными фазами [3]. При выполнении запланированных в проекте исследований ожидается развить наши идеи и использовать их для целенаправленного изменения структуры и фазового состава с целью получения высокопрочного упорядоченного многокомпонентного сплава Au-Pt-Pd-Cu.
Таким образом, результаты проекта обеспечат создание нового высокопрочного материала с пониженным электрическим сопротивлением на основе МКС Au-Pt-Pd-Cu.
За два года работ по проекту предполагается опубликовать не менее четырех статей.
Исполнители работ примут участие в различных российских и международных научных конференциях с докладами по тематике проекта.
Результаты исследования войдут в бакалаврскую диссертацию исполнителя проекта Лукояновой Валерии Витальевны.
Литература:
1. Le Li, Jun-Ping Du, Shigenobu Ogata, Haruyuki Inui. Variation of first pop-in loads in nanoindentation to detect chemical short-range ordering in the equiatomic Cr-Co-Ni medium-entropy alloy, Acta Materialia, Volume 269, 2024, 119775.
2. A.Yu. Volkov, D.A. Komkova, V.A. Kazantsev, O.S. Novikova, A.M. Patselov, P.O. Podgorbunskaya, A.A. Gavrilova, Deformation behavior of the CuAu alloy ordered under external compressive or tensile load, J. Mat. Sci. and Eng. A. 918 (2024) 147481.
3. Формирование упорядоченной структуры в сплаве 40Au-25.4Pd-34.6Cu / А.Ю. Волков, Е.Ф. Таланцев, О.С. Новикова, А.В. Глухов, К.Н. Генералова, Б.Д. Антонов. – Текст: непосредственный // Физика металлов и металловедение. 2018. V. 119. P. 1286—1292.