Stopy o wysokiej entropii (HEA) to złożone stopy o prostej budowie fazowej, które wykazują obecność jednego lub dwóch roztworów stałych w swojej strukturze. HEA są obdarzone właściwościami fizycznymi i chemicznymi lepszymi niż konwencjonalne materiały. Szczególnie trudno wyprodukować lekkie HEA, bo tytan i aluminium rzadko tworzą fazy metaliczne.
Czytaj też: Woda w stanie ciekłym przy niemal -50 stopniach Celsjusza. Naukowcom udało się zapobiec jej zamarzaniu
Używając impulsowe rozpylanie magnetronowe w Narodowym Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Świerku naukowcy stworzyli nową warstwę metaliczną. Szczegóły opisano w czasopiśmie Surface and Coatings Technology.
W Świerku powstają niezwykłe stopy
Magnetrony są urządzeniami obecnymi w kuchenkach mikrofalowych. Zachodzące w magnetronach wyładowania jarzeniowe silnie jonizują neutralny gaz obecny w komorze próżniowej urządzenia (zwykle jest to niereaktywny argon), powodując powstawanie plazmy, która oddziałuje z materiałami wyjściowymi w katodzie. Składniki rozpylone przez plazmę stopniowo osadzają się na przedmiotach obecnych w komorze próżniowej, co umożliwia kontrolowanie składu, struktury i grubości powstającej warstwy.
W naszych urządzeniach plazmę generujemy w warunkach impulsowo zmiennych. Ten tryb pracy pozwala nam wytwarzać pokrycia z wieloskładnikowych stopów nierównowagowych o dużej entropii, czyli takich, których składniki w typowych warunkach termodynamicznych nie połączyłyby się w podobny sposób. Charakteryzujący te materiały nierównowagowy stan strukturalny można wykorzystać do późniejszego kształtowania nanostruktury docelowego materiału, a w konsekwencji do nadawania mu określonych właściwości.prof. Katarzyna Nowakowska-Langier z NCBJ
Klasyczne stopy składają się z jednego lub dwóch pierwiastków, a ewentualne dodatki (jeżeli w ogóle występują) pojawiają się w ilościach śladowych. Z kolei stopy o wysokiej entropii (HEA) zbudowane są z co najmniej czterech pierwiastków o zbliżonych stężeniach, wahających się w zakresie 5-35%.
W przemyśle, zwłaszcza motoryzacyjnym i lotniczym, sporym zainteresowaniem cieszą się stopy metali lekkich. Zaprojektowaliśmy więc pokrycie z aluminium i tytanu, które w celu poprawy parametrów wytrzymałościowych i termicznych uzupełniliśmy o nikiel, niob i wolfram. Krytyczne okazało się odpowiednie przygotowanie próbek wyjściowych, tak by mimo użycia tylko jednego magnetronu zapewnić zaplanowane proporcje metali. Jednocześnie musieliśmy zadbać o wyeliminowanie potencjalnych zanieczyszczeń, które obniżyłyby parametry wytworzonych warstw.Grzegorz Witold Strzelecki, doktorant z NCBJ
Przedmioty poddawane napylaniu magnetronowemu, mimo wystawienia na działanie plazmy nie nagrzewają się do wysokich temperatur. Dlatego HEA z NCBJ będzie można nanosić na podłoża różnego typu, nawet polimerowe. Tego typu badania są prowadzone w Świerku od kilkunastu lat.
