Міцніший за сталь у 10 разів. Американські науковці створили надгнучкий сплав нового покоління
Науковий співробітник Університету Пердью Ке Сюй проводить наномеханічні дослідження in situ за допомогою сканувального електронного мікроскопа (Фото: Центр електронної мікроскопії Університету Пердью)
Інженери з Університету Пердью у співпраці з колегами з Університету Г’юстона розробили новий спосіб поєднання надвисокої міцності та пластичності в інтерметалевих сполуках кобальту й алюмінію (CoAl).
Результати дослідження, опубліковані в журналі Science Advances, відкривають нові перспективи для аерокосмічної та енергетичної галузей.
Інтерметаліди — це тверді матеріали із високоупорядкованою кристалічною структурою. Вони володіють винятковою міцністю, стійкістю до високих температур і повільної деформації під тривалим навантаженням (повзучості). Завдяки цьому вони є критично важливими для реактивних двигунів, газових турбін та систем збереження енергії. Однак їхнім головним недоліком досі залишалася надзвичайна крихкість за кімнатної температури, що ускладнювало виготовлення деталей складної форми та створювало ризик раптового руйнування.
Науковцям вдалося розв’язати цю проблему за допомогою методу магнетронного розпилення. На відміну від традиційного лиття з розплавленого металу, цей неравноважний процес дозволяє формувати матеріал із парової фази сплаву. Завдяки цьому в структуру CoAl вдалося штучно ввести високу щільність дислокацій — мікроскопічних зсувів у кристалічній ґратці, які дозволяють металу деформуватися під дією сил, а не тріскатися.
Крім того, дослідники створили каркас з аморфних інтерфейсів (FAI) — гнучких внутрішніх меж. Під час деформації матеріалу частини цих меж частково кристалізуються, що сприяє зародженню нових дислокацій.
Механічні випробування всередині сканувального електронного мікроскопа показали, що новий сплав CoAl досягає межі плинності у 6 ГПа (гігапаскалів). Це орієнтовно у 6−10 разів перевищує показники високоміцної конструкційної сталі. При цьому матеріал витримав до 15% пластичної деформації при стисканні за кімнатної температури, що робить його однією з найперспективніших інтерметалевих систем сучасності.
За словами авторів роботи, підвищена пластичність і міцність CoAl дозволять створювати витриваліші лопаті турбін та елементи авіаційних двигунів. Новий матеріал витримуватиме вищу швидкість обертання та відцентрову силу, що значно підвищить ефективність аерокосмічної, оборонної та енергетичної техніки. На наступному етапі команда планує масштабувати технологію для промислового виробництва об'ємних нанокомпозитів та перевірити її на інших типах інтерметалідів.
