Поиск - новости науки и техники

Физики СФТИ ТГУ улучшат свойства ферромагнитных сплавов

25.07.19

Сотрудники лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ исследуют особенности мартенситных превращений в магнитоуправляемых материалах с памятью формы при охлаждении/нагреве и под нагрузкой. Полученные данные будут использованы для разработки новых устройств с повышенной надежностью, к примеру, магнитоуправляемых датчиков и актуаторов. Помимо этого новые данные могут послужить отправной точкой для создания магнитных холодильников, которые будут экологичнее и эффективнее существующей техники. Проект реализуется при поддержке Научного фонда ТГУ им. Д.И. Менделеева.

Предмет исследования физиков — ферромагнитные сплавы с эффектом памяти на основе интерметаллидов, обогащенных никелем и алюминием. Их особенность заключается в том, что они могут изменять и восстанавливать форму до 10 % под действием магнитного поля, а не только температуры и механических напряжений, как это происходит с никелидом титана. Детали из такого сплава способны изменять форму огромное количество циклов — десятки тысяч раз — с малыми потерями энергии, что хорошо для практического применения.

Например, ферромагнетики очень перспективны для создания магнитоуправляемых датчиков, актуаторов и других устройств, используемых при строительстве космических аппаратов, самолетов, автомобилей и оборудования, для которого необходимы материалы с высокой термостойкостью и износостойкостью.

В рамках нового гранта мы исследуем температурные интервалы проявления мартенситных превращений в ферромагнетиках. При таких фазовых превращениях в материале происходят изменения структуры и наблюдается деформация, — объясняет ведущий научный сотрудник СФТИ Елена Панченко. — Исследования будут проводиться в широком температурном интервале — от минусовой температуры жидкого азота (−195,75°C) до +300°C.

Чтобы выяснить, как происходит мартенситное превращение под нагрузкой, сначала сплав будут нагружать и разгружать в различных температурных условиях (от -70°C до +300°С). Это позволит выяснить предел внешних условий (температуру, механические напряжения), после которого материал начинает терять свои функциональные свойства. Изучение механических свойств и структуры ферромагнитных сплавов поможет задавать им необходимые функциональные характеристики, исходя из целей, поставленных промышленностью.

Уникальность научных изысканий физиков ТГУ заключается в том, что они проводят свои исследования не только на поликристаллах, но и на монокристаллах сплавов с непрерывной кристаллической решеткой. Наличие такой структуры обеспечивает повышенную прочность и защищает материал от разрушения в процессе испытаний. Физики СФТИ ТГУ единственные в России и одни из немногих в мире научились изготавливать монокристаллы крупных размеров. Технология их выращивания создана и запатентована руководителем лаборатории Юрием Чумляковым.

Добавим, что результаты исследования ученых СФТИ могут стать отправной точкой для создания принципиально новой бытовой техники. Для этого будет использоваться способность ферромагнетиков изменять температуру под воздействием магнитного поля в результате обратимого выделения или поглощения тепла, так называемый магнитокалорический эффект. Уже сегодня его применяют в холодильных установках и тепловых машинах.

В обозримом будущем он станет основой для создания магнитных холодильников, которые будут гораздо эффективнее, экологичнее и безопаснее, нежели компрессионные, в которых используется фреон.

Интересный факт: 

Незнание такого физического явления, как мартенситное превращение, не раз приводило к гибели людей. Один из исторических фактов связан с гибелью экспедиции Роберта Скотта в 1912 г., которая достигла Южного полюса, однако не смогла вернуться обратно. Среди снежной пустыни люди остались без горючего, поскольку керосин вытек из разрушившихся по неизвестной причине баков, которые были пропаяны оловом. Долгое время ученые не могли объяснить столь странное поведение металла, и только в 1940-е годы выяснилось, что причина кроется в изменении кристаллической структуры олова под действием низких температур.

 

Пресс-служба ТГУ

www.tsu.ru

Нет комментариев