|
Новый, не поддающийся разрушению сплав
|
|
|
|
В недавно опубликованном исследовании ученые обнаружили особый сплав, который может изменить ситуацию благодаря сочетанию температурной устойчивости, износостойкости и неслыханной ранее вязкости разрушения.
|
|
|
|
Как создать сплав, в котором есть все это? Секрет заключается в свойстве, называемом изломом, при котором материал естественным образом приобретает определенную форму при нагревании и обработке. Как говорится, иногда наши недостатки могут обернуться нашими самыми сильными сторонами. Оказывается, это справедливо и для экзотических сплавов.
|
|
|
|
Многие металлы в чистом виде мягкие — или, по крайней мере, мягче, чем хотелось бы для таких применений, как производство и тяжелое машиностроение. Давным-давно люди поняли, что могут объединить два металла в один сплав (например, бронзу) и получить более прочные изделия, которые лучше держат остроту и дольше служат.
|
|
|
|
Почему сплавы такие прочные? Каждый элемент имеет свою атомную массу и размер частиц. Представьте себе чистый металл, например, в игре Дженга. Когда вы нажимаете на блок (или деформируете металл), вы знаете, как этот блок будет двигаться. Но в случае с alloy ваша башня Jenga tower построена из блоков разного размера, а это означает, что гораздо сложнее просто “сдвинуть” (деформировать) их с места. Здесь меньше аккуратных линий, которые могут сломаться.
|
|
|
|
|
|
|
В этой статье исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и нескольких университетов западного побережья совместно разработали новый тугоплавкий сплав. Слово "Тугоплавкий" в просторечии означает "стойкий" — в данном случае это сплав, который чрезвычайно устойчив к воздействию высоких температур. Они сделаны из металлов пятого и шестого периодов периодической таблицы Менделеева: молибдена, ниобия, вольфрама, тангала и рения.
|
|
|
|
Эти элементы имеют одни из самых высоких температур плавления в известной периодической системе Менделеева. Кроме того, они обладают очень высокой твердостью среди чистых металлов, хотя, если говорить о материалах в целом, алмаз все равно превосходит их по твердости. Это означает, что при определенном способе легирования эти металлы (наряду с некоторыми другими металлами с высокой температурой плавления, такими как титан и иридий) могут стать еще более устойчивыми к нагреву и износу, образуя семейство тугоплавких сплавов.
|
|
|
|
Есть только несколько проблем. Прочность и твердость, присущие тугоплавким сплавам, часто означают, что с ними в буквальном смысле слишком сложно работать, они обладают низкой пластичностью и высокой вероятностью разрушения. Другими словами, если вы пытаетесь придать огнеупорному сплаву любую форму, он будет ломаться, а не гнуться. Нам нужно было найти золотую середину, при которой очень твердый огнеупорный сплав мог бы выдержать удар и деформироваться желаемым образом, а не трескаться.
|
|
|
|
Для этого ученые лаборатории Беркли “специально сконструировали” сплав из ниобия, тантала, титана и гафния и сформировали изломанные полосы в металле. Внутри твердого материала, такого как сплав, изломы и неровности - это термины, обозначающие типы дефектов, которые влияют на структуру сплава. Их детали более научны, но излом силового кабеля или улица, по которой проходит небольшая пробежка, дают вам интуитивное представление. В процессе формования сплава его кристаллические структуры перемещаются ровно настолько, чтобы образовались эти “растяжки” или швы, свидетельствующие об изменении ориентации кристаллов.
|
|
|
|
В кабелях изгиб часто является признаком повреждения или необычного износа. В кристаллах, которые мы используем в качестве драгоценных камней, изгиб может нарушить желаемый эффект блеска, нарушая прохождение света через материал. Но исследователи обнаружили, что в сплаве полосы излома образовались из—за устойчивости к дислокации, то есть способности деформироваться без разрушения. Частицы в сплаве смогли адаптироваться к пространству, в котором кристаллы сместились, и эти полосы адаптации улучшили результаты.
|
|
|
|
“Наша работа показывает, что вопреки общепринятым представлениям, сложные концентрированные тугоплавкие сплавы могут обладать исключительной вязкостью к разрушению в экстремальных температурных диапазонах, даже в криогенном режиме”, - заключают ученые. Следующий шаг - дополнительные исследования, поскольку это всего лишь одна исследовательская работа.
|
|
|
|
Но в мире, который ждет появления новых технологий, таких как квантовые вычисления и термоядерный синтез, криогенный режим, при котором материалы охлаждаются почти до абсолютного нуля, жизненно важен. Чем прочнее мы сможем сделать эти материалы, тем лучше.
|
|
|
|
Источник
|
