Интервью с учеными ИЯФиТ | Часть 8

Джумаев Павел Сергеевич — к.т.н., доцент кафедры физических проблем материаловедения (№9)

В рамках какой научной группы ИЯФиТ Вы проводите свои исследования?

Я вхожу в состав научной группы «Ионно-лучевая и ионно-плазменная обработка материалов» кафедры №9 «Физические проблемы материаловедения» и занимаемся мы модификацией поверхности различных материалов потоками плазмы и пучками ионов, а также нанесением защитных покрытий. Данные методы обработки направлены на изменение химического состава, структуры, морфологии и физико-механических свойств приповерхностных слоев без изменения свойств всего объема материала. Таким образом, основная часть материала остается неизменной, сохраняя свои исходные свойства (например, прочность, пластичность, радиационная стойкость), а изменения происходят только на поверхности или в тонком приповерхностном слое толщиной от нескольких нанометров до десятков микрометров. В результате происходит улучшение коррозионной стойкости, повышение твердости и износостойкости, изменяются трибологические свойства. Также с помощью данных методов возможно создание различных функциональных поверхностей, например, биосовместимых, гидрофобных и т.д.

Над какой научной задачей работаете сейчас?

Наша научная группа занимается разработкой методов защиты от коррозии в потоке теплоносителя оболочек твэл из сплавов циркония для реакторов типа ВВЭР и из ферритно-мартенситных сталей для реакторов на быстрых нейтронах. Данные работы мы проводим совместно с ВНИИНМ - головной организацией Росатома по проблемам материаловедения. Совместно нами были изготовлены оболочки из стали ЭП-823 с различными вариантами модификации поверхности и защитными покрытиями, которые сейчас проходят коррозионные испытания и реакторные испытания в реакторе БОР-60 в НИИАР.

Также ведутся работы по созданию защитных покрытий на основе высокоэнтропийных сплавов тугоплавких металлов. В отличие от традиционных сплавов, состоящих из базового и легирующих элементов, ВЭС не обладают ярко выраженным базовым элементом. Они содержат пять и более основных элементов, каждый из которых присутствует в значительной концентрации. Ключевая особенность заключается в том, что ни один из компонентов не доминирует над другими. Особые свойства ВЭС придают четыре эффекта. Высокоэнтропийный эффект стремится стабилизировать однофазное состояние и снизить число сложных фаз.

Эффект замедленной диффузии заключается в том, что скорость диффузии и фазовых превращений в ВЭС значительно меньше, чем в традиционных сплавах. Данный эффект приводит к тому, что ВЭС обладают высокой термической стабильностью структуры и фазового состава, повышенной прочностью при высоких температурах и высокой радиационной устойчивостью.

Эффект значительного искажения кристаллической решетки вызван различными атомными размерами химических элементов, входящих в сплав. Такие искажения создают препятствия для миграции дефектов кристаллической структуры, что влияет на механические свойства сплава, повышая его прочность.

И, наконец, «коктейльный эффект» - явление, при котором свойства сплава, состоящего из пяти или более основных элементов в значительных пропорциях, превосходят простое усреднение свойств его отдельных компонентов. В многокомпонентных сплавах могут быть достигнуты такие свойства, какие нельзя получить в материале, состоящем из одного базового элемента.

Еще одним перспективным классом материалов, которым мы занимаемся в лаборатории и синтезируем в виде покрытий, являются МАХ-фазы – это карбиды и нитриды с общей формулой Mₙ₊₁AXₙ, где «М»-ранний переходной металл, «А»-элемент IIIA или IVA групп (чаще всего Al или Si), а «Х»-углерод или азот (n = 1-3). Это, например, обладающая высокой стойкостью к окислению МАХ-фаза Cr₂AlC. МАХ-фазы обладают уникальным сочетанием свойств, совмещая характеристики металла и керамики.

#все_ответы_в_науке_МИФИ

Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий