Томские ученые создали сплав для Арктики и космоса в 1,5 раза прочнее аналогов
Ученые ТГУ улучшили свойства сплава с эффектом памяти формы, добавив железо в состав CoNiAl. Новый материал демонстрирует повышенную прочность и более широкий диапазон рабочих температур, смещенный в низкотемпературную область. Эти улучшения делают его перспективным для создания высоконадежных, компактных и простых в обслуживании компонентов приводов и актюаторов для работы в экстремальных условиях Арктики и космоса, например, в конструкциях ледоколов и космических кораблей.<br>
<br>
Научный коллектив лаборатории физики высокопрочных кристаллов <a href="https://spti.tsu.ru/" target="_blank"><span style="color: #00aeef;">СФТИ</span></a> ТГУ исследовал функциональные возможности монокристаллов из кобальта, никеля и алюминия и железа (CoNiAlFe). Этот сплав обладает двусторонним эффектом памяти формы и может использоваться в разных сферах промышленности. В частности он хорошо подходит как материал для комплектующих актюаторов и приводов, которые есть в конструкции ледоколов и космических кораблей. Железо было добавлено к ранее созданному сплаву CoNiAl в рамках работы над проектом при поддержке гранта РНФ. Исследования в рамках проекта позволят разработать недорогой сплав с памятью формы, которые имеет широкий диапазон рабочих температур и стабильные свойства. Уже полученные результаты показали, что легирование железом расширяет диапазон рабочих температур на 50 градусов, смещая температуры в низкотемпературную область. Кроме того, сплав CoNiAlFe выдерживает рабочую нагрузку в 1,5 раза выше чем CoNiAl.<br>
<br>
Работа ученых направлена на усовершенствование и создание новых технических возможностей для развития стратегии освоения космического пространства и северных широт, в том числе — российского региона Арктики. Разработка сплавов CoNiAlFe с двусторонним эффектом памяти формы позволит делать компоненты актюаторов и приводов в ледоколах и космических кораблях высоконадежными, но простыми по конструкции, компактными по размеру, легкими в сборке и обслуживании. При этом изготовление сплава экономически доступно для лабораторий и производств. Лаборатория физики высокопрочных кристаллов СФТИ — одна из немногих в мире, которая занимается ростом и исследованием монокристаллов. Проводимые в рамках проекта исследования на монокристаллах являются уникальными — в научной литературе описываются в основном исследования на поликристаллах.
<p>
Создание монокристаллического сплава с высокой термомеханической и циклической стабильностью началось в 2023 году. Изначально коллектив проекта <a href="https://news.tsu.ru/news/fiziki-tgu-sozdali-splav-s-pamyatyu-formy-v-usloviyakh-arkticheskikh-temperatur/" target="_blank"><span style="color: #00aeef;">создал</span></a> трехкомпонентные монокристаллы из кобальта, никеля и алюминия. В широком диапазоне температур изделия из такого сплава многократно могут менять размеры — как при механическом воздействии, так и без него, и полностью возвращаться к исходному положению. При этом изделия не сломаются и не потеряют данное свойство в последующих циклах. Это называется циклической стабильностью двустороннего эффекта памяти формы. Такая особенность сплава позволит продлить работу приборов, улучшить их эффективность и работоспособность, исключить аварийные ситуации.
</p>
<p>
Применять это можно, к примеру, в пожарных системах. При повышении температуры датчик срабатывает, изменив форму и нажав на нужную кнопку, после чего приводится в действие сигнализация.
</p>
<p>
<i>"На втором этапе проекта мы проводили исследования сплава уже из четырех компонентов — с добавлением железа. Был получен эффект памяти формы в циклах "охлаждение — нагрев" без воздействия нагрузки, и величина обратимой деформации оказалась довольно большой — порядка 6-8%. Этот эффект достаточно стабильный — выдерживает 100 циклов. Легирование железом должно повышать у сплава энтропию смещения, и, как мы предполагаем, вырастает его термомеханическая и </i><a href="https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=5212879" target="_blank"><i><span style="color: #00aeef;">циклическая стабильность сверхэластичности</span></i></a><i>. В итоге добавление железа может привести к термомеханической стабильности материала до 200 градусов, тем самым расширяя температурный интервал работы данных сплавов",</i> — рассказывает руководитель проекта — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ <b>Анна Ефтифеева</b>.
</p>
<p>
Железо делает сплав CoNiAlFe еще и высокопрочным. Так, у CoNiAlFe рабочая нагрузка может быть значительно выше — до 1000 мегапаскалей. Это в полтора раза больше, чем у сплава без железа.
</p>
<p>
В третьем, заключительном, этапе проекта физики планируют провести исследования циклической и термомеханической стабильности монокристаллического сплава CoNiAlFe. Его свойства проверят на более 100 циклах под воздействием высоких нагрузок и температур.
</p>
<p>
Также будут проведены аналогичные исследования на поликристаллах CoNiAlFe. Монокристаллы сплава из этих элементов более устойчивы к разрушению — в них нет границ зёрен, а поликристаллы по этим границам могут быстро разрушаться. Это плохо влияет на циклическую стабильность материала — изделия из него могут продемонстрировать обратную деформацию лишь несколько раз или вообще единожды. Однако поликристаллы дешевле, чем моно, а это немаловажно для производств.
</p>
<p>
<i>"Мы хотим попробовать решить проблему с разрушением поликристаллов, подобрав нужную методику термообработки. Сохранить в них сверхпластичность, как у монокристаллов, очень сложно, но все же хочется добиться такого результата"</i>, — добавляет Анна Ефтифеева.
</p>
<p>
Проект <i>"Разработка физических основ повышения термомеханической и циклической стабильности сверхэластичности в среднеэнтропийных сплавах CoNiAl(Fe) для применения при экстремально высоких и низких температурах"</i> <a href="https://rscf.ru/project/23-79-10093/" target="_blank"><span style="color: #00aeef;">ведется</span></a> по гранту Российского научного фонда. Руководитель — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ <b>Анна Ефтифеева</b>. В работе также принимают участие другие сотрудники лаборатории: младший научный сотрудник <b>Антон Тагильцев</b>, инженеры-исследователи <b>Элеонора Янушоните</b>, <b>Мария Жердева</b>, <b>Илья Фаткуллин</b> и <b>Ирина Курлевская</b>, а также доцент кафедры физики металлов физического факультета ТГУ <b>Сергей Аникеев</b>.
</p>
<p>
Результаты исследования циклической стабильности сверхэластичности монокристаллов CoNiAlFe представлены <a href="https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=5212879" target="_blank"><span style="color: #00aeef;">здесь</span></a>. Руководитель проекта Анна Ефтифеева представила эту научную разработку на одной из крупнейших профильных конференций — VI международной конференции "Сплавы с памятью формы" (Москва).
</p>
<p>
Источник: <a target="_blank" href="https://naked-science.ru/article/column/splav-dlya-arktiki-i-kosm"><span style="color: #00aeef;">Naked Science</span></a>
</p>
Специальные сладости для северян придумали в УрГЭУ
<p style="color: #333a44; border-collapse: collapse;">
</p>
<div>
Аспирант 3 курса кафедры технологии питания Уральского государственного экономического университета (УрГЭУ) <b>Шамиль Шамилов</b> разработал специальные конфеты для жителей Арктики и защитил по этой теме кандидатскую диссертацию.
</div>
<br>
Для научных целей Шамиль Шамилов изучал сенсорную чувствительность населения Арктики и Крайнего Севера. <i>"Изучив все факторы, которые влияют на население (экстремально низкие температуры, недостаток солнечного света, недостаточное питание, тяжелые условия труда и другие), ученые предложили несколько градаций шоколадных изделий, каждое из которых, а это два вида — шоколад и конфеты, закрывает какую-то "проблему". Таким образом, мы получили полезную начинку в шоколадной глазури",</i> - рассказала научный руководитель ученого, доктор технических наук, профессор <b>Наталия Заворохина</b>.<br>
<br>
<i>"Дело в том, что у северных ягод меньше срок вегетации, в результате у таких ягод как брусника, водяника, княженика, морошка, в три, иногда в пять раз больше полезных веществ, чем у таких же ягод, но произрастающих, например, на Алтае",</i> — пояснила эксперт. <br>
<br>
Автор диссертации разработал купаж растительных масел, включающий рыжиковое, амарантовое, льняное, облепиховое и масло расторопши, чтобы обогатить конфеты ненасыщенными жирными кислотами. Это влияет положительно прежде всего на адаптацию организма к климатическим условиям. Есть конфеты в виде трюфеля, с добавлением морошки, с мармеладом из пюре арктических ягод и еще один вид — конфета с сырной обсыпкой, в которой содержится увеличенное количество триптофана — кислоты, способствующей успокоению и психологической разгрузке. <br>
<br>
<i>"Шоколад, который мы разработали, содержит капсаицин, который входит в состав всех острых перцев — чили, халапеньо и других. Это такое вещество, которое дает сигнал мозгу, и начинается термогенез, то есть человеку изнутри становится теплее",</i> — добавила профессор.<br>
<br>
Предложенная учеными шоколадная продукция — не просто теоретическая разработка. В Тюмени, где диссертант работает шоколатье, местная крафтовая фабрика запустила ее производство. Шамиль Шамилов, кроме самих конфет, разработал и технологию приготовления ягодного пюре, для которого вместе с мякотью до нескольких микрон измельчаются косточки, которые также содержат полезные вещества. Далее пюре просто замораживается и используется по мере необходимости. <br>
<br>
Источник: <a target="_blank" href="https://www.usue.ru/novosti/special-nye-sladosti-dlya-severyan-ot-urgeu/"><span style="color: #00aeef;">Пресс-служба УрГЭУ</span></a>
<p>
</p>
<p>
</p>