В Китае материаловеды переработали дефект в металлических сплавах в компонент, увеличивающий прочность материала. Специалисты изготовили чистое золото с наноразмерными отверстиями, равномерно расположенными по всей поверхности металла. Новый метод облегчил материал, повысил его прочность и пластичность, что может расширить область применения такого золота.
Существует много способов повысить прочность металла. Можно смешивать разные компоненты для создания жаропрочных, коррозионностойких или магнитных сплавов. Химические методы обработки также позволяют упрочнить металл, например, азотирование. Различные технологии закалки и подобные им давно известны.
Промышленность всё чаще нуждается в лёгких и прочных металлах, так как производители работают над повышением энергоэффективности и экологичности своих изделий. например алюминия, но материаловеды ищутВозможны варианты создания заготовок с пустотами без снижения качества. Однако такое решение имеет проблему: пустоты — это изъян, приводящий к образованию трещин и делающий металл хрупким.
На днях в журнале Science группа исследователей из Китая опубликовалаВ статье описывается новый метод укрепления золота путём создания в нём отверстий. Специалисты изготовили чистое золото с равномерно распределёнными нанопустотами, которые появились после удаления серебряных частиц из сплава при помощи коррозии.
Размер пор составлял около 30 нанометров. Чтобы они не ослабили металл, ученые сжимали и нагревали образцы при температуре 424,85 °C. Необходимо было спрессовать металл до критической плотности, чтобы пористая структура стала закрытой. После обработки многие пустоты превратились в сферы с минимальным диаметром 18 нанометров.
Материаловеды изучили влияние отверстий на механические свойства золота. Для этого использовались образцы с порами различного размера (от 18 до 180 нанометров). Вытяжение образцов показало, что прочность перфорированного золота увеличивается при уменьшении среднего размера пор. Все образцы проявили себя лучше необработанного золота. Предел текучести пористого металла превышал исходный почти на 107%, а отношение прочности к весу возросло на 118% при добавлении 5% пустот.
Исследователи отмечают: некоторые образцы с крупными порами обладают высокой пластичностью и прочностью. Новая технология отличается от обычных пористых металлов равномерным распределением отверстий, что снижает концентрацию напряжения в отдельных точках. Для усиления металла поры целесообразно делать меньше, так как это уменьшает области высокого напряжения при нагрузке. Предел достигается в районе 101-102 нанометров – при таком диаметре прочность растет без потери пластичности.
Этот подход можно назвать компонентом с нулевой массой. Отверстия могут снизить вес металла на 10% и улучшить его физические характеристики. Перфорированное золото будет применяться в электронике для обработки контактов, но исследователи планируют протестировать метод с медью, которую чаще золота используют в таких устройствах.