Как правило, при разработке сплавов исследователи вынуждены находить баланс между их прочностью и пластичностью. Сохранение пластичности при низких температурах представляет собой сложную задачу, однако ученым удалось разработать решение.
В межзвездном пространстве температура способна снижаться до отметки в -270 градусов Цельсия, в то время как на Земле при экстремальном охлаждении исследуют материалы, применяемые в квантовых технологиях и сверхпроводимости, а также используют для консервации биологических образцов. При подобных условиях большинство металлов, сохраняя свою прочность, становятся более хрупкими. Это проявляется в их неспособности выдерживать растяжение, сгибание и деформацию.
Противоположность хрупкости — пластичность, способность выдерживать растяжение. У золота эта характеристика высокая, поэтому его можно раскатывать в тончайшие листы и проволоки.
Новое физическое исследование продемонстрировало, как удалось обеспечить сочетание прочности и пластичности у сплава, содержащего кобальт, никель и ванадий, при воздействии низких температур. Детали процесса были описаны учеными описали в статье в журнале Nature.
Обычные способы повышения прочности сплавов оказывались недостаточно эффективными для материалов, применяемых в условиях низких температур. Физики разработали принципиально новый подход к созданию металлических сплавов. В ходе формируются два типа упорядоченных атомных структур. Одни сформировали химически, вторые — механически.
Химически полученные структуры характеризуются как субнанометровая организация с близким порядком. Она представляет собой микроскопические области упорядоченных атомов, сформированные преимущественно под воздействием температуры. Структура, созданная механическими методами, – это нанометровая организация дальнего порядка. Их сочетание позволило атомам внутри сплава самоорганизоваться на нескольких масштабах.
Экспериментально полученный сплав, содержащий кобальт, никель и ванадий, демонстрирует высокую прочность и вязкость при температурах до -186 градусов Цельсия (87 Кельвинов). Разработчики полагают, что их творение будет востребовано в первую очередь в аэрокосмической отрасли, но также получит широкое применение и в других сферах деятельности на Земле.
Он позволит создавать более прочные космические аппараты и более безопасную и надежную инфраструктуру — трубы и резервуары для сжиженного природного газа. А описанный в статье подход к проектированию материалов пригодится и для других типов сплавов.
«Полученные нами данные демонстрируют, как дуплексное химическое упорядочивание влияет на механические свойства сложных сплавов, и предлагают рекомендации по управлению этими состояниями упорядочивания с целью повышения их механических характеристик для использования в криогенных условиях», — отметил Шань-Дун Ту ( Shan-Tung Tu), один из авторов исследования.