Новый материал оказался самым крепким из известных науке

Новости МирТесен

Исследователи определили, что сплав хрома, кобальта и никеля обладает рекордной ударной вязкостью. Этот сплав не только отличается высокой пластичностью, но и демонстрирует исключительную прочность, которая возрастает при охлаждении.

При создании новых материалов для различных конструкций химики обычно сосредотачиваются на двух ключевых параметрах: пластичности и прочности. Как правило, приходится искать баланс между этими двумя параметрами. К примеру, хотя стальная пластина обладает меньшей прочностью по сравнению с каменной плитой, металл при деформации деформируется, сохраняя свою структуру, в то время как камень расколется и разрушится.

Группа американских ученых изучила новый сплав, который характеризуется сочетанием пластичности и прочности, причем при охлаждении эти характеристики увеличиваются. Сплав был назван CrCoNi, по химическим символам трех входящих в него металлов: хрома, кобальта и никеля. В отличие от многих других металлических соединений, все три компонента – хром, кобальт и никель – присутствуют в составе сплава CrCoNi в одинаковой пропорции, что, вероятно, обуславливает его выдающиеся характеристики.

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.

Изначально эксперименты с CrCoNi и аналогичными сплавами были начаты исследователями десять лет назад. Сначала их охлаждали до температуры жидкого азота (около 77 кельвинов, что соответствует минус 193 градусу по Цельсию). Однако, после того как была отмечена высокая ударная вязкость сплава, охлаждение было продолжено до температуры жидкого гелия. Анализ структуры сплава с использованием микроскопа показал, что его прочность обусловлена изменениями в структуре кристаллической решетки, которая со временем трансформируется из кубической структуры в гексагональную.

Сожалею, но маловероятно, что данный «сверхпрочный сплав» будет выпущен на рынок в больших объемах: глобальный дефицит кобальта и никеля возникает из-за высокого спроса при производстве аккумуляторных батарей. Поэтому CrCoNi, скорее всего, найдет применение исключительно для изготовления оборудования, предназначенного для работы в арктических условиях, или корпусов космической техники. В настоящее время ученые пытаются определить, можно ли создать сплав с сопоставимой прочностью из более доступных материалов, и предупреждают, что до практического применения сплавов CrCoNi на благо человечества еще предстоит пройти значительный путь.

Исследование опубликовано в журнале Science.