Ученые из Томска увеличили срок эксплуатации пористых металлических горелок в пять раз

Специалисты Томского научного центра СО РАН создали инновационный способ микролегирования пористых интерметаллидных горелок. Благодаря этому методу удается равномерно распределить редкоземельные элементы по всему объему пористых изделий. Это значительно повышает их устойчивость к высокотемпературному окислению и увеличивает срок службы в пять раз.

«В настоящее время во всем мире активно ведутся исследования пористых интерметаллических сплавов, способных работать в окислительных средах и выдерживать высокие температуры (свыше 1000 ℃) без разрушения. Эти материалы являются ключевыми для создания передовых энергоустановок и аппаратов химической технологии. Известно, что даже небольшая добавка (0,05 атомных процентов) редкоземельных элементов (РЗЭ), таких как диспрозий, иттрий или гадолиний, значительно повышает стойкость сплавов к окислению и, как следствие, продлевает их срок службы при высоких температурах», — говорит младший научный сотрудник лаборатории технологического горения Никита Сергеевич Пичугин.

В Научно-технологическом центре СО РАН отмечают, что для создания пористых материалов в основном используются порошковые технологии. Однако в России сложно найти порошки металлов с микроконцентрациями редкоземельных элементов (РЗЭ). Поэтому ученые поставили перед собой задачу разработать оборудование и технологию для нанесения РЗЭ на поверхность порошков. Они также хотели показать, что эти порошки можно использовать для создания пористых материалов с улучшенными свойствами.

Сотрудники лаборатории перспективных технологий предложили специальное оборудование для модификации доступных коммерческих порошков. Обработка проводилась в камере электронно-пучковой установки. На поверхность частиц порошка методом магнетронного распыления наносился тонкий слой редкоземельного элемента. Затем под воздействием электронного пучка покрытие сплавлялось с материалом частицы, образуя порошковый мастер-сплав с частицами типа «ядро — оболочка». Ядра в этом сплаве — это порошки алюминия и хрома, а оболочки — диспрозий и иттрий.

Эти специальные сплавы были применены для создания пористых интерметаллидов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который можно сравнить с горением большой бенгальской свечи. При температуре свыше 1500–1600 °C происходит медленное горение смеси порошков никеля, алюминия и специального сплава, в результате чего образуются пористые структуры.

Ученые изучили, как правильно использовать новые специальные сплавы, чтобы равномерно распределить микроконцентрацию редкоземельных элементов по всему объему материала. Испытания показали, что высокотемпературная окислительная стойкость микролегированных пористых материалов в 2-5 раз выше, чем у обычных интерметаллидов. Их применение при изготовлении горелок, в том числе инфракрасных, значительно увеличивает срок их службы при высоких температурах.