Физико-химические особенности окисления высокоэнтропийных сплавов

В диссертационной работе исследованы процессы высокотемпературного окисления высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) с использованием совмещённого подхода, включающего экспериментальные методы и термодинамическое моделирование. Объектом исследования выступили сплавы на основе системы Al–Co–Cr–Fe–Ni с добавками V, Ti, Cu, Si и Mn, а также эквимолярные тугоплавкие системы типа MoTaTiCr, WMoTaTiCr и др. Проведены термогравиметрические испытания, рентгенофазовый анализ, электронно-микроскопические исследования и расчёты фазовых равновесий с применением метода CALPHAD в программном комплексе FactSage. Установлены зависимости скорости окисления и состава оксидных плёнок от температуры и элементного состава сплавов. Рассчитаны энергии активации и константы скорости для ряда систем, показано формирование защитных оксидных фаз — в том числе Al₂O₃, SiO₂, муллита. Установлено, что сплав Al0,45CoCrFeNiSi0,45 формирует плотную, термически стабильную оксидную плёнку и по показателям окислительной стойкости сопоставим или превосходит традиционные жаростойкие материалы, такие как фехрали. Построены диаграммы фазовых равновесий, реализующихся в процессе окисления, которые помогает прогнозировать состав продуктов окисления и последовательность их образования в ВЭС. Продемонстрированы возможности расчёта диаграмм, связывающих количественный состав металлического расплава ВЭС, с качественным составом сопряжённых с расплавом неметаллических фаз. Показано, как комплексный подход, сочетающий экспериментальные исследования и термодинамическое моделирование, позволяет проанализировать механизм окисления компонентов высокоэнтропийных сплавов. Результаты исследования обладают как теоретической, так и прикладной значимостью и могут быть использованы при разработке новых жаростойких материалов для энергетических и высокотемпературных технических применений.