Revista >> Aprilie 2024 [Nr. 263] >> Cercetare & Invatamant superior

IMNR, pe drumul creării unui grup de excelență în domeniul aliajelor cu entropie înaltă

Alexandru Batali

17 Aprilie 2024

Este imposibil să nu vă gândiţi zi de zi la Ucraina şi la drama prin care trece. În ce măsură cercetările efectuate în domeniul HEA ar putea susţine, pe termen mediu și lung, industria de apărare din Europa şi din ţara dumneavoastră, având un efect indirect benefic în ecuaţia războiului?
Războiul declanșat de Rusia în Ucraina este o mare tragedie atât pentru populația civilă, cât și pentru trupele care asigură apărarea teritoriului Ucrainei și pentru detașamentele militare permanente, din cauza numărului mare de distrugeri, a pierderilor de vieți omenești din rândul populației civile și a numeroaselor distrugeri în diferite regiuni. De asemenea, conflagrația afectează în mare măsură activitățile noastre curente în Sumy, la Universitatea de Stat din Sumy... La urma urmei, orașul și universitatea se află în apropierea graniței cu Rusia, la aproximativ 20-28 km de frontieră. Și zilnic se declanșează în nenumărate rânduri alarma aeriană, ne confruntăm cu distrugeri în oraș și mai cu seamă în proximitatea graniței. De aceea proiectul nostru, în principiu, va contribui și la soluționarea unor probleme cu care se confruntă industria apărării, pe lângă rezistența la coroziune și rezistența microbiologică a acestor aliaje, care sunt dezvoltate și cercetate de noi în acest proiect de anvergură împreună cu colegii români.

Importanța cercetării aliajelor cu entropie înaltă
Descoperirea aliajelor cu entropie înaltă (HEA) a fost posibilă recent datorită dezvoltării modelării termodinamice și atomice, care a permis simularea și predicția proprietăților, în funcție de compoziție. Criteriile pentru formarea unor soluții solide simple în HEA sunt: entropie de amestec predicate (ΔSmix>1.61R), care necesită minim cinci elemente principale în sistem, în proporții egale; entalpie ridicată de amestec ( -15< ΔHmix< 5 kJ/mol); diferență mică a dimensiunilor atomice (d< 4,6), care favorizează formarea fazelor bazate pe soluții solide; concentrația electronilor de valență. Aceste materiale, care au fost incluse în categoria HEA, prezintă proprietăți fizice și mecanice excelente, precum duritate și tenacitate ridicate, rezistență la uzură și fluaj, dar au și bune proprietăți anticorozive. O altă caracteristică a conceptului HEA este efectul de cocktail, care are ca principal avantaj sinergia proprietăților individuale ale fiecărui element de aliere implicat, prin selecția combinației dorite dintr-o gamă largă de combinații posibile ale metalelor selectate (ex: Cu, Cr, Co, Mn, Mo, Ni, Ti, Nb, Zr, Ta, Mg, Ca sau Zn).
Dezvoltarea tehnologiilor de acoperire pentru obținerea straturilor HEA reprezintă soluția modernă pentru rezolvarea problemelor legate de costurile ridicate ale materialelor. O concluzie importantă identificată este aceea că, în ciuda progresului pe care îl are modelarea HEA și studierea proprietăților mecanice, anticorozive si antibacteriene, lipsesc anumite corelații dintre proprietățile acestora și caracteristicile compoziționale și structurale. Acest lucru este și mai evident în cazul acoperirilor HEA.
Mai multe studii importante privind materialele cu proprietăți antimicrobiene și biocompatibile și caracteristici mecanice avansate au fost realizate recent de membrii echipei proiectului AHEAD. Diferit de rezultatele cercetărilor anterioare ale prof. Pogrebnjak și echipei de cercetare din IMNR, în cadrul proiectului AHEAD se propune o abordate inovativă pentru a beneficia de un nou concept de îmbunătățire a proprietăților antimicrobiene și de biocoroziune, prin amestecarea nanoparticulelor metalice de Ag și Cu cu elemente cu proprietăți antimicrobiene în matricea HEA, care va avea rezistență la coroziune și caracteristici mecanice îmbunătățite penTru selectarea compoziției optime a materialelor, în vederea obținerii celor mai bune proprietăți mecanice, antimicrobiene și anticorozive. Această abordare va fi susținută de noi metode de predicție termodinamică și cinetică pentru stabilirea compoziției fazelor, iar rezultatele generate vor fi utilizate pentru a dezvolta un model bazat pe conceptul de învățare automată, în vederea identificării proprietăților materialelor. Rezultatele vor fi validate prin metode experimentale de obținere și de caracterizare.