RW Space

Металлические сплавы используются повсюду, от самолетов до столовых приборов, что делает их незаменимой частью современной жизни.

Ученые продолжают искать способы их улучшения, что часто сводится к тому, как они изначально сформированы.

Сталь является одним из классических примеров сплавов: в основном это железо с примесью углерода и других элементов, что делает его намного прочнее и тверже, чем железо само по себе.

Теперь международная группа исследователей придумала новый способ строительных сплавов. Метод, описанный в новой статье, опубликованной в журнале Science, обещает создавать металлы, которые в несколько раз прочнее материалов, на которые мы полагаемся сегодня.

Хитрость заключается в использовании более низких и более контролируемых температур, чем обычно при производстве сплавов, и позволяет металлу «запекаться» в течение определенного периода времени.

Это приводит к более стабильной и упорядоченной конфигурации атомов, расположенных в блоках, известных как зерна, которые одновременно меньше и лучше упакованы, чем обычно.

«Более столетия разработка сплавов была сосредоточена на составе и обработке», — говорит ученый-материаловед Цзянь-Фэн Ни. из Университета Монаш в Австралии.

«Наша работа предполагает, что то, как атомы организуются во время производства, может быть не менее важным.

«Настоящее значение заключается не только в этом конкретном сплаве, но и в демонстрации того, что атомы могут самоорганизовываться в бездефектные структуры в объемном металлическом материале, то есть в большой сплошной кусок металла, а не в тонкое покрытие, пленку или микроскопический образец».

Это замечание по поводу масштабирования важно: идея более мелких и лучше организованных зерен изучалась и раньше, но превратить ее во что-то полезное сложно.

В новом исследовании исследователи смешали вместе пять металлов: гафний, ниобий, тантал, титан и цирконий. температуру сплава опускали до относительно низкой температуры 550 °C (1022 °F) и оставляли на несколько часов и даже дней.

Примерно через 32 часа исследователи получили лучший результат: «суперсплав», называемый тугоплавким высокоэнтропийным сплавом (RHEAD).

Он в два раза прочнее стали, в три раза прочнее алюминия и в два раза прочнее того же сплава, изготовленного традиционным способом.

» тщательно контролируя, как атомы организуются во время обработки, мы смогли создать структуру с высокой степенью связей, обладающую исключительной прочностью и стабильностью», — говорит ученый-материаловед Юй Чжан из Университета Чунцина в Китае.

Как выбор металлов, так и метод подготовки создают условия для того, чтобы атомы сплава организовывались в повторяющиеся структуры зерен, реагируя на естественные напряжения между смешанными материалами, создавая структуру, свободную от дефектов.

Эта организация, а также отсутствие дефектов и промежутков между повторяющимися зернами, и есть то, что нужно. придает дополнительную прочность.

Испытания показали, что новый сплав достиг предела текучести при сжатии более двух гигапаскалей, сохраняя при этом пластичность, что означает, что он сгибается, не разрушаясь.

«Если эту концепцию можно будет применять более широко, она может открыть дверь к материалам со свойствами, которые ранее считались недостижимыми, что повлечет за собой разработку сплавов, которые можно будет применять во многих системах и отраслях», — говорит Ни.

«Вместо того, чтобы увеличивать содержание сплава для достижения лучших характеристик, мы можем разработать внутренние структуры, обеспечивающие превосходные свойства с меньшим количеством легирующих элементов. Это может привести к более эффективному, устойчивому и экономически выгодному производству сплавов».

Исследователи говорят, что их открытия открывают множество возможностей для будущего производства во всем, от аэрокосмической отрасли до энергетических систем, и даже для технологий, которые еще не были изобретены.

По теме: Странный металл из-за пределов нашей планеты обнаружен в древних тайниках с сокровищами

Однако предстоит еще много работы. Далее команда хочет понять не только то, что представляют собой атомы они делают это с точки зрения перестройки, но почему они это делают, что должно позволить эту новую технику расширять и совершенствовать.

«На протяжении более столетия достижения в области сплавов происходили за счет изменения химического состава и обработки, руководствуясь в основном эмпирическими пробами и ошибками», — говорит Яннис Вентикос, декан инженерного факультета Университета Монаша, который не принимал непосредственного участия в исследовании.

«Это исследование предполагает, что мы действительно можем спроектировать, как атомы организуются, создавая возможности для развития. материалы с возможностями, которые ранее были недоступны.»

Исследование было опубликовано в журнале Science.

Эта статья была проверена Клэр Уотсон и отредактирована Питером Докрилом. Хотя мы гордимся своим процессом, мы всего лишь люди. Если вы заметили ошибку, сообщите нам знаю.