Покорение экстремально холодных глубин космоса или работа с сверхохлажденным жидким топливом на Земле требует материалов с повышенной устойчивостью. Большинство металлов становятся хрупкими и трескаются при таких низких температурах. Однако новые исследования прокладывают путь к созданию металлических конструкций атом за атомом, чтобы получить прочные и долговечные сплавы, способные выдерживать такие суровые условия.
Традиционные методы упрочнения часто недостаточны для этих задач. Например, широко применяемая технология термической обработки, называемая дисперсионным старением, укрепляет металл за счет образования в его структуре мельчайших частиц. Но при сильном охлаждении эти изменения идут во вред материалу, делая ее еще более ломким.
В журнале Nature описан новый способ проектирования металлических сплавов, которые остаются прочными и стойкими даже при очень низких температурах. Главная идея заключается в создании сплава, сочетающего в себе два разных типа идеально упорядоченных атомных структур:
субнаномасштабное короткодействующее упорядочение (SRO) — маленькие островки организованных атомов, наномасштабное долгодействующее упорядочение (NLRO) — структуры чуть большего размера.
Ученые разработали сплав с помощью контролируемого процесса термической обработки и механического формования, что вызвало самосборку атомных структур. Иными словами, они создали условия, при которых атомы сами упорядочились в нужную структуру.
В результате получился новый сплав кобальт-никель-ванадий, который обладает исключительной прочностью и стойкостью при температурах до −186 °C (87 K).
Его тестировали на растяжение в лаборатории при экстремально низких температурах, чтобы определить, какое напряжение он способен выдержать.
«Наши результаты подчеркивают влияние двойного сосуществующего химического упорядочения на механические свойства сложных сплавов и дают рекомендации по контролю этих состояний упорядочения для улучшения механических характеристик при криогенных применениях», — написано в статье.
Благодаря своей исключительной прочности и долговечности, особенно в условиях экстремального холода, сплав может найти многочисленные практические применения. Его можно использовать, например, для создания более прочных космических аппаратов, способных выдерживать экстремально низкие температуры глубокого космоса. В энергетическом секторе сплав может обеспечить более безопасную и надежную инфраструктуру — в частности, трубы и резервуары для сжиженного природного газа.
Подход к инженерии на атомном уровне может быть применен и к другим типам сплавов. Это может привести к созданию совершенно нового поколения материалов, способных выдерживать самые суровые холодные условия без ущерба для производительности и безопасности.
Химики получили из марсианского грунта металл для внеземных баз
Изобретен металл, который не расширяется от тепла
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram