Вчені винайшли найміцніший метал на Землі
Це сплав із хрому, кобальту та нікелю, який до того ж стає ще міцнішим у холоді. У майбутньому такі властивості дозволять використовувати його у виробництві космічних кораблів.
Досліджуючи металевий сплав із хрому, кобальту та нікелю (CrCoNi), вчені виміряли найвищу зареєстровану міцність. Метал не тільки надзвичайно пластичний, а й вражаюче міцний (тобто він протистоїть постійній деформації). При цьому його міцність і пластичність покращуються, коли він стає холоднішим. Це суперечить більшості інших наявних матеріалів, повідомляє Berkeley Lab.
Команда, очолювана дослідниками з Національної лабораторії Лоуренса Берклі (Berkeley Lab) і Національної лабораторії Ок-Ріджа, опублікувала дослідження, що описує рекордні результати у Science 2 грудня 2022 року. «Коли ви розробляєте конструкційні матеріали, ви хочете, щоб вони були міцними, але також пластичними і стійкими до руйнування, — сказав співкерівник проєкту Еасо Джордж, завідувач кафедри передової теорії та розроблення сплавів в ORNL та Університеті Теннессі. — Зазвичай це компроміс між цими властивостями. Але цей матеріал є і тим, і іншим: замість того щоб стати крихким за низьких температур, він стає міцнішим».
CrCoNi є підмножиною класу металів, які називають високоентропійними сплавами (HEA). Усі сплави, що використовують сьогодні, містять високу частку одного елемента з меншою кількістю доданих елементів, але HEA виготовляють з рівної суміші кожного складового елемента. Схоже, що ці збалансовані атомарні рецепти надають деяким із цих матеріалів надзвичайно високу комбінацію міцності та пластичності під час навантаження. HEA широко досліджували, оскільки їх розробили приблизно 20 років тому, але технологія, необхідна для досягнення меж матеріалів у екстремальних випробуваннях, була донедавна недоступна.
«В’язкість цього матеріалу за температур рідкого гелію (20 кельвінів, -424 за Фаренгейтом) становить 500 мегапаскалів кв. м. У тих самих одиницях міцність шматка кремнію дорівнює одиниці, алюмінієвий корпус пасажирських літаків становить приблизно 35, а міцність деяких найкращих сталей — майже 100. Отже, 500 — це приголомшлива цифра», — йдеться у дослідженні.
Сфера використання найміцнішого металу у світі
Тепер, коли внутрішня робота сплаву CrCoNi краще зрозуміла, він та інші HEA на крок ближче до застосування. Хоча ці матеріали є дорогими для виготовлення, Джордж передбачає їх використання у ситуаціях, коли екстремальні навколишні умови можуть знищити стандартні металеві сплави, наприклад, у холодних температурах далекого космосу. Він і його команда в Оук-Ріджі також досліджують, як сплави, виготовлені з більш поширених і менш дорогих елементів (існує глобальний дефіцит кобальту та нікелю через попит на них у промисловості акумуляторів), можуть мати схожі властивості.
Попри те що прогрес вражає, співкерівник проєкту Роберт Річі попереджає, що до використання у реальному світі досі далеко. «Коли ви подорожуєте літаком, чи хотіли б ви знати, що те, що рятує вас від падіння з висоти 40 тис. футів, — це сплав корпусу, який був розроблений лише кілька місяців тому? Чи ви хочете, щоб матеріали були зрілими та добре зрозумілими? Ось чому конструкційним матеріалам може знадобитися багато років, навіть десятиліть, до того, як їх почнуть використовувати».
