Ученые разработали особый сплав, который отличается сочетанием температурной устойчивости, износостойкости и неслыханной ранее долговечности. Секрет заключается в свойстве, называемом изломом, при котором материал естественным образом приобретает определенную форму при нагревании и обработке.
Многие металлы довольно мягкие в чистом виде — или, по крайней мере, мягче, чем требуется для использования их в производстве и машиностроении. Давным-давно люди поняли, что могут объединить два металла в один сплав (например, бронзу) и получать более прочные изделия.
Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли разработали новый тугоплавкий сплав. Он чрезвычайно устойчив к очень высокой температуре. Сплав состоит из молибдена, ниобия, вольфрама и рения.
Эти элементы имеют одни из самых высоких температур плавления в периодической системе Менделеева. Они также обладают очень высокой твердостью среди чистых металлов — хотя, если говорить о материалах в целом, алмаз все же превосходит их по твердости. Это означает, что при определенном способе легирования эти металлы (наряду с некоторыми другими металлами с высокой температурой плавления, такими как титан и иридий) могут стать еще более устойчивыми к нагреву и износу.
Однако есть несколько проблем. Прочность и твердость, присущие тугоплавким сплавам, часто означают, что с ними сложно работать — они обладают низкой пластичностью и высокой вероятностью разрушения. Другими словами, если вы пытаетесь придать огнеупорному сплаву какую-либо форму, он будет ломаться, а не гнуться. Ученым нужно было найти золотую середину, при которой очень твердый огнеупорный сплав мог бы выдержать удар и деформироваться желаемым образом, а не трескаться.
Для этого ученые лаборатории Беркли «сконструировали» сплав из ниобия, тантала, титана и гафния и сформировали изломанные полосы в металле. Изломы и неровности — это термины, обозначающие типы дефектов, которые влияют на структуру сплава. В процессе формования сплава его кристаллические структуры перемещаются ровно настолько, чтобы образовались эти «растяжки» или швы, свидетельствующие об изменении ориентации кристаллов.
В кабелях изгиб часто является признаком повреждения или необычного износа. В драгоценных камнях изгиб может повлиять на блеск, нарушая прохождение света через материал. Но исследователи обнаружили, что в сплаве полосы излома образовались из-за устойчивости к дислокации, то есть способности деформироваться без разрушения. Частицы в сплаве смогли адаптироваться к пространству, в котором кристаллы сместились. В итоге именно эти «дефектные» полосы сделали сплав лучше.