Nowy stop wytrzyma ekstremalne warunki

Jest nanokrystaliczny, ogniotrwały i charakteryzuje się wysoką entropią. Dzięki temu może znaleźć zastosowanie m.in. w energetyce jądrowej czy w przemyśle kosmicznym. Takim stopem zajmuje się międzynarodowy zespół naukowców, w tym badacz z Politechniki Warszawskiej.

Najnowszy efekt pracy to publikacja „A quinary WTaCrVHf nanocrystalline refractory high-entropy alloy withholding extreme irradiation environments”, która ukazała się w czasopiśmie „Nature Communications”. Jednym z autorów jest dr hab. inż. Jan Wróbel z Wydziału Inżynierii Materiałowej.

Zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych i związane z tym ograniczenie wykorzystywania paliw kopalnych to dzisiaj jedno z większych globalnych wyzwań. Alternatywą dla tradycyjnych surowców może być np. energetyka termojądrowa. To otwiera pole do popisu dla naukowców zajmujących się szukaniem materiałów, które przetrwają ekstremalne warunki panujące w elektrowniach. Jednym z nich jest właśnie opisany w „Nature Communications” stop W-Ta-Cr-V-Hf.

– Jest ogniotrwały i – podobnie jak wcześniej przez nas badany W-Ta-Cr-V – wybitnie odporny na promieniowanie – wyjaśnia dr hab. inż. Jan Wróbel. – W porównaniu poprzednikiem charakteryzuje się jednak wyraźnie lepszą stabilnością mikrostrukturalną, wynikającą z dużej gęstości stabilnych granic ziaren, złożoności chemicznej oraz obniżenia temperatury, w której pojawiają się w stopie kruche fazy międzymetaliczne.

Skład nowego stopu został zaprojektowany na podstawie symulacji komputerowych prowadzonych we współpracy z naszym naukowcem.

– Użyto metod ab initio, opartych na mechanice kwantowej, połączonych z metodami statystycznymi, które wykorzystuję w swoich badaniach do projektowania wieloskładnikowych stopów metali – precyzuje dr hab. inż. Jan Wróbel.

Wyniki eksperymentalne i symulacje są ze sobą zgodne, co pokazuje, że zaprezentowana przez zespół metoda projektowania może być wykorzystywana do opracowywania i syntezy nowych stopów o wysokiej entropii do różnych zastosowań. W przyszłości planowana jest dalsza optymalizacja składu stopu w celu znalezienia materiału, który mógłby być alternatywą do czystego wolframu do zastosowania w najbardziej wymagającym elemencie konstrukcyjnym reaktorów syntezy termojądrowej, czyli w diwertorze.

Nad publikacją pracowali naukowcy z Los Alamos National Laboratory, Oak Ridge National Laboratory, Argonne National Laboratory oraz z uniwersytetów: Wisconsin-Madison, Clemson, Oxford, Middle East Technical University w Ankarze. Badacze z Oxfordu i Politechniki Warszawskiej realizowali swoje prace w ramach europejskiego projektu EUROfusion.