Най-новият и най-твърд материал на Земята

Изследователи откриват нова сплав с невероятни свойства, включително изключителна здравина

Ваня Милева Последна промяна на 12 декември 2022 в 00:01 2897 0

Микроскопски изображения, показващи пътя на счупване и съпътстващата деформация на кристалната структура в сплавта CrCoNi в нанометричен мащаб по време на стрес тест при няколко градуса над абсолютната нула. Пукнатината се разпространява отляво надясно. Кредит: Robert Ritchie/Berkeley Lab

Метална сплав от хром, кобалт и никел (CrCoNi) удивлява учените заради своите свойства. Материалът е впечатляващо здрав, което означава, че е устойчив на трайна деформация, и в същото време остава изключително пластичен, което означава, че е силно ковък. Заедно тези две свойства формират измерването на здравината, а CrCoNi е най-здравият материал на Земята.

CrCoNi е част от семейството на високоентропийните сплави (HEA - high entropy alloy) - материали, в които съотношението на елементите е приблизително еднакво. Тези HEA обикновено имат голяма здравина, но е трудно да бъдат тествани при най-екстремни условия. Сега технологията е достатъчно развита, за да се направи това, и изследователи от Националната лаборатория "Лорънс Бъркли" (Berkeley Lab) и Националната лаборатория "Оук Ридж" (Oak Ridge National Laboratory) откриват, че CrCoNi изненадващо става по-твърд, колкото по-студено става.

"Когато се проектират структурни материали, е необходимо те да бъдат здрави, но и еластични и устойчиви на разрушаване", обяснява съръководителят на проекта Еасо Джордж (Easo George) от ORNL и Университета на Тенеси. "Обикновено това е компромис между тези свойства. Но този материал притежава и двете и вместо да стане крехък при ниски температури, той става по-твърд".

Екипът за първи път започва да работи върху CrCoNi и друга сплав с допълнително съдържание на манган и желязо (CrMnFeCoNi) преди почти десет години. Те успяват да докарат пробите до температури на течен азот, което разкрива, че като материали те са доста добри. Но на екипа са били необходими години, за да може да ги тества при по-екстремни условия. CrMnFeCoNi се справя добре, но CrCoNi е изключителен.

"Здравината на този материал в близост до температурите на течен хелий (20 Келвина) достига 500 мегапаскала на квадратен метър. В същите единици здравината на парче силиций е единица, на алуминиевата въздушна рамка в пътническите самолети е около 35, а здравината на някои от най-добрите стомани е около 100. Така че 500 е зашеметяващо число", допълва съръководителят на изследването Робърт Ричи (Robert Ritchie), старши научен сътрудник в отдела за материалознание на Лабораторията Бъркли и професор по инженерство Чуа в Калифорнийския университет в Бъркли.

Материалът показва поведение при деформация, което създава "магическа последователност" от взаимодействия, осигуряващи първо пластичност, а след това здравина. Първоначално структурата му е много проста, само зърна, но след като се деформира, той се превръща в нещо много сложно, което го прави устойчив на счупване.

В момента материалът се разработва за различни приложения, но поради разходите за създаването му, изследователите понастоящем го смятат за добър кандидат за екстремни среди като дълбокия космос.

Справка: Exceptional fracture toughness of CrCoNi-based medium- and high-entropy alloys at 20 kelvin
Dong Liu, Qin Yu, Saurabh Kabra, Ming Jiang, Paul Forna-Kreutzer, Ruopeng Zhang, Madelyn Payne, Flynn Walsh, Bernd Gludovatz  and Robert O. Ritchie
SCIENCE 1 Dec 2022 Vol 378, Issue 6623 pp. 978-983
DOI: 10.1126/science.abp8070

Източник: Meet The Latest, Toughest Material On Earth, IFLScience

Виж още за:
Най-важното
Всички новини

Още от Физика

Коментари

За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !