Ученые назвали самый прочный материал на Земле
Микрофотография деформации сплава при сверхнизкой температуре минус 253 градуса по Цельсию / ©Robert Ritchie / Berkeley Lab / Автор: Telestis Scaevinius
При разработке новых конструкционных материалов химики часто уделяют особое внимание двум характеристикам: пластичности и прочности. Обычно приходится искать компромисс между двумя этими характеристиками. Например, хотя железная пластина выдерживает меньшую нагрузку, чем каменная плита, металл при деформации согнется и не потеряет целостность, а камень расколется и развалится на куски.
Новый сплав, исследованный группой американских ученых, сочетает пластичность и прочность, а при охлаждении оба эти свойства только возрастают. Сплав получил название CrCoNi, по химическим символам трех входящих в него металлов: хрома, кобальта и никеля. В отличие от многих других сплавов, все три металла входят в состав CrCoNi в равных пропорциях, что, по-видимому, и придает ему его удивительные свойства.
Ученые проверили ударную вязкость сплава (его способность поглощать механическую энергию в процессе деформации под действием ударной нагрузки) при сверхнизких температурах, обычно делающих даже лучшие виды стали поразительно хрупкими. Оказалось, что при температуре 20 кельвинов, или минус 253 градуса по Цельсию, ударная вязкость CrCoNi достигала 500 мегапаскалей на метр. Для сравнения: в тех же условиях ударная вязкость алюминиевого корпуса пассажирского самолета — около 35 мегапаскалей на метр, а некоторых лучших марок стали — всего около 100.
Впервые исследователи начали эксперименты с CrCoNi и другими сплавами еще десять лет назад. Поначалу они охлаждали их до температуры жидкого азота (около 77 кельвинов, или минус 193 градуса по Цельсию), но потом, обнаружив впечатляющую ударную вязкость сплава, продолжили охлаждение до температуры жидкого гелия. Изучая структуру сплава под микроскопом, исследователи поняли, что CrCoNi остается таким прочным благодаря изменениям в структуре кристаллической решетки, которая в конце концов меняется с кубической на гексагональную.
К сожалению, вряд ли «суперсплав» пойдет в массовое производство: из-за большого спроса при производстве аккумуляторов существует глобальная нехватка кобальта и никеля, так что, скорее всего, CrCoNi будет использоваться только для изготовления арктического оборудования или корпусов космических кораблей. Сейчас исследователи хотят выяснить, возможно ли получение аналогичного по прочности сплава из более дешевых материалов, и предупреждают, что до реального использования CrCoNi во благо человечества еще очень далеко.
Исследование опубликовано в журнале Science.
