Развитие современной техники неразлучно связано с развитием электронных компонентов и миниатюризацией
устройств. В последние годы все чаще электронные компоненты стали заменяться микро электромеханическими
системами (МЭМС) – устройствами, сочетающими в себе микроэлектронные и микромеханические компоненты. Все
большее развитие получают микроразмерные механические устройства – микродвигатели, актуаторы, редукторы.
Такие устройства предъявляют экстремально жесткие требования к материалам механической части. Они должны
обладать высокой удельной прочностью, износостойкостью, стойкостью к ползучести и способностью работать в
условиях циклических нагрузок, близких к пределу текучести, длительное число циклов. Применение кристаллических
материалов для данных задач затруднительно, как по причине относительно низкого предела текучести
обусловленного движением дислокаций, так и по причине негомогенности структуры на микроуровне – в большинстве
случаев значительное упрочнение промышленных сплавов осуществляется за счет выделения твердых
интерметаллидных фаз в относительно мягкой матрице, что осложняет получение микродетали с гомогенной
структурой. Именно поэтому широкое распространение для изготовления микродеталей получил монокристаллический
кремний, однако, его свойства анизотропны в зависимости от кристаллографического направления, что вызывает
сложности при изготовлении деталей работающих в сложных схемах нагружения.
Современной промышленности требуются материалы с высокой удельной прочностью и гомогенной структурой на
микроуровне. Такими материалами являются металлические стекла – быстрозакаленные сложнолегированные сплавы с
отсутствием кристаллической структуры и соответственно ее дефектов. Данный класс материалов является крайне
перспективным для изготовления деталей МЭМС и микромеханических изделий, благодаря их высокой прочности,
превышающей кристаллические аналоги более чем 2 раза, высоким значениям упругой деформации, уникальным
магнитным свойствам, а так же относительной простотой изготовления путем штамповки при температурах вязкого
течения.
В результате выполнения проекта будут созданы новые аморфные материалы на основе квази-высокоэнтропийных
сплавов легких переходных металлов с добавкой бора в качестве стеклообразующего элемента. Применение
многокомпонентного легирования аморфных сплавов позволит увеличить их стеклообразующую способность, улучшить
термическую стабильность, получить ультравысокую прочность материала без формирования вторичных выделений,
оказывающих негативное влияние на гомогенность структуры на микро и наноуровнях, а так же на коррозионные и
магнитные свойства материалов.

Аморфные сплавы в последние два десятилетия занимают все большую долю рынка магнитомягких материалов, что
обусловлено их уникально низкими потерями при перемагничивании. Однако, применение в качестве
конструкционных материалов аморфных сплавов только начинает набирать обороты. Это обусловлено высокой
стоимостью и технологической сложностью получения изделий с большой толщиной. При этом, для массового развития
робототехники и микроэлектронных устройств требуются материалы с уровнем прочностных свойств
труднодостижимом на промышленных кристаллических сплавах, кроме того, кристаллические сплавы не могут
обеспечить гомогенность структуры на микроуровне, так как в большинстве из них упрочнение достигается за счет
вторичных выделений и формирования многофазной структуры. Гомогенная структура аморфных металлов на нано и
микроуровне является основной причиной их уникального комплекса свойств, который так необходим при
изготовлении микродеталей. Рекордные значения прочности (до 5ГПа) были достигнуты на аморфных сплавах на
основе железа и кобальта с высоким содержанием неметаллов и добавками дорогостоящих тугоплавких металлов.
Широкое распространение МЭМС и микромеханических устройств требует применения дешевых и массовых
материалов для изготовления их деталей. Разработанные высокопрочные аморфные сплавы обладают крайне высокой
хрупкостью и их разрушение возможно даже от внутренних закалочных напряжений. Важной задачей является
разработка новых сплавов и систем легирования металлических стекол на основе железа с высокой стеклообразующей
способностью, термической стабильностью, высокой прочностью, а так же способностью сохранять технологическую
пластичность после операций термической обработки. Разработка новых аморфных сплавов не возможна без
понимания формирования структуры сплавов в процессе закалки, термической обработки ниже температуры
кристаллизации, а так же в процессе кристаллизационного отжига. Закономерности формирования структуры и ее
влияния на механические и магнитные свойства в зависимости от состава сплавов будут исследованы в рамках
предлагаемого проекта. Полученные результаты позволят определить перспективные композиции аморфных сплавов
на основе легких переходных металлов с высокой прочностью и технологической пластичностью, отвечающих
требованиям предъявляемым деталям микромеханических устройств.

Основной задачей проекта является установление закономерностей формирования структуры новых многокомпонентных (квазивысокоэнтропийных) металлических стекол на основе системы Fe-Co-Ni-Cr-(Mo,V)-B при
литье и термической обработке, установление зависимостей термических, магнитных и прочностных свойств от
состава и режимов термической обработки. Установление влияния частичной и полной замены молибдена на ванадий
на структуры и комплекс свойств квазивысокоэнтропийных аморфных сплавов.
Для решения задачи разработки новых высокопрочных и обладающих технологической пластичностью металлических
стекол необходимо провести комплексное исследование, включающее
- анализ структуры сплавов после быстрой закалки, эволюцию структуры сплавов в процессе кристаллизации,
- установление влияния состава сплавов на механические и магнитные свойства в закаленном и термически
обработанном состояниях
- установление влияния состава сплава на стеклообразующую способность
- выявить наиболее перспективные высокопрочные сплавы
- установить оптимальные режимы термической обработки способствующие формированию высокого комплекса
физических, механических и технологических свойств, а именно высокой индукции насыщения, минимальной
коэрцитивной силе, высокой прочности в сочетании в наличием технологической пластичности, а так же высокой
коррозионной стойкости.

Аморфные сплавы на основе железа и кобальта обладают ультравысокой прочностью достигающей 5 ГПа. Однако
высокая стоимость кобальта и его высокое содержание в составе делает их малопривлекательными для массового
использования. Наиболее привлекательной в качестве базовой системы для разработки аморфных высокопрочных
сплавов является система Fe-B. Главным недостатком таких материалов является относительно низкая
стеклообразующая способность, редко превышающая 100-200 мкм толщины. Частичная замена железа в данной
системе на элементы, обладающие близким атомным радиусом, такие как кобальт и никель значительно увеличивают
стеклообразующую способность данной группы сплавов. Многокомпонентное замещение железа, схожее с подходом
при создании высокоэнтропийных сплавов, позволяет не только увеличить стеклообразующую способность сплавов, и
значительно повысить их технологическую пластичность и твердость до значений, превышающих 1500 HV, а так же
улучшить коррозионную стойкость за счет введения хрома. Формирование сложных многокомпонентных систем
легирования является одним из основополагающих правил разработки новых составов металлических стекол. Создание
квазивысокоэнтропийных аморфных сплавов на основе железа является новым и малоизученным направлением
материаловедения, в котором отсутствует масштабное исследование влияния легирующих элементов на структуру и
свойства сплавов в закаленном состоянии и после термической обработки. Однако, такой подход, не смотря на свою
новизну, является крайне перспективным и уже показывает значительное улучшение технологических, механических,
физических и коррозионных свойств магнитомягких аморфных сплавов на основе железа. На сегодняшний день,
отсутствуют работы по исследования влияния добавки ванадия в аморфные сплавы системы Fe-Co-Ni-Cr-B. Ванадий
имеет схожее с молибденом влияние на сплавы на основе железа. Добавка молибдена значительно увеличиваетпрочность сплавов и их технологическую пластичность. Полная или частичная замена молибдена на ванадий должна
оказать значительное влияние на стеклообразующую способность сплавов за счет усложнения системы легирования.
Ожидается увеличение термической стабильности сплавов за счет усложнения состава кристаллизующегося твердого
раствора на основе (Fe,Ni,Co,Cr,V,Mo), требующего дальнодействующих диффузионных перестроений. Более того
атомный радиус ванадия имеет промежуточное значение между радиусами Fe и Mo, что в свою очередь позволит
создать более стабильную атомную конфигурацию кластеров в аморфном состоянии, что является ключом к получению
аморфных сплавов с высокой стеклообразующей способностью и термической стабильностью. Исследование
процессов формирования структуры, кристаллизации сплавов, анализ влияния структуры на механические и магнитные
свойства в широком концентрационном диапазоне по содержанию бора позволит выбрать перспективные составы для
разработки новых квазивысокоэнтропийных аморфных сплавов с высокой удельной прочностью. Заявленный
результат будет достигнут через исследование эволюции структуры сплавов разного состава в процессе закалки из
жидкого состояния и последующей термической обработки, а так же определения оптимальных условий получения
высокого уровня эксплуатационных и технологических свойств сплавов.
Достижимость решения поставленных задач и получения заявленных результатов обусловлена использованием
современных методов исследования (анализ структуры сплавов методами рентгеновской дифракции, сканирующей и
просвечивающей электронной микроскопии, анализ стеклообразующей способности и термической стабильности с
использованием дифференциальной сканирующей калориметрии, анализом механических и физических свойств
сплавов с применением современных методов и оборудования), наличием у коллектива исполнителей доступа и
навыков работы на требуемом исследовательском оборудовании, глубокими теоретическими знаниями и значительным
экспериментальным опытом работы по заявленной тематике.

Растущие потребности общества стимулируют развитие современной техники и производства, что приводит к росту
требований, предъявляемых к свойствам используемых конструкционных и функциональных материалов. Активное
развитие материаловедения в последние 80 лет, привело к тому, что большинство способов улучшить свойства
традиционных кристаллических сплавов на базе известных систем легирования близки к исчерпанию. В связи с этим
действия ученых по всему миру направлены на поиски новых концепций легирования и поиск стабильных
неравновесных структур сплавов. Одним из перспективных направлениий исследований сегодня являются сплавы,
полученные по новым принципам легирования - высокоэнтропийные и псевдовысокоэнтропийные сплавы, которые,
благодаря своему составу и структуре могут обладать комплексом свойств недостижимом в промышленных сплавах
[1,2]. Высокий интерес вызывают их свойства в кристаллическом, нанокристаллическом и аморфном состояниях, о чем
свидетельствует растущее число публикаций результатов исследований в высокорейтинговых научных журналах всего
мира (см. дополнительные материалы). Главной отличительной чертой высокоэнтропийных сплавов является наличие
не менее пяти элементов в своем составе, где содержание каждого из элементов варьируется в районе 5 - 35 атомных
процентов. Псевдовысокоэнтропийные же сплавы состоят из пяти и или более компонентов, а содержание основного
элемента составляет 40-60 процентов, каждого растворенного 5-20 атомных процентов.
На сегодняшний день подавляющее большинство сплавов с несколькими базовыми элементами, описанными в
литературе, содержат несколько фаз, тогда как только тщательно подобранные композиции сплавов могут
образовывать однофазный твердый раствор. Произвольное смешивание элементов из периодической таблицы
зачастую приводит к образованию многофазных структур, а не однофазного твердого раствора. Например, Кантор и др.
[3] исследовали 20- и 16-компонентные сплавы в эквимолярных соотношениях и обнаружили, что оба сплава содержат
несколько фаз и являются хрупкими в виде литого слитка и спиннингованных лент. Хотя они с успехом изготовили
однофазный ГЦК сплав CoCrFeMnNi, их попытка добавить дополнительные 1-4 элемента не удалась. Установление
универсальных правил образования высокоэнтропийных сплавов не является тривиальным, что связано с рядом
эмпирических параметров, таких к