Этот простой металлический сплав является самым прочным материалом, и новое исследование раскрывает его любопытные свойства. Из чего он сделан?
Металлический сплав, состоящий из хрома, кобальта и никеля, называется CrCoNi и является самым твердым материалом на нашей планете. Материал впечатляюще прочен, что означает, что он сопротивляется остаточной деформации, оставаясь при этом чрезвычайно пластичным, то есть очень податливым.
«Когда вы проектируете конструкционные материалы, вы хотите, чтобы они были прочными, но также пластичными и устойчивыми к разрушению», говорится в заявлении содиректора проекта Исо Джорджа, заведующего кафедрой перспективных теорий и разработок сплавов в ORNL и Университете Теннесси. «Обычно это компромисс между этими свойствами. Но этот материал сочетает в себе и то, и другое, и вместо того, чтобы становиться хрупким при низких температурах, он становится прочнее».
CrCoNi — самый твердый материал на Земле
Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) представляют собой группу металлов, включающую подмножество CrCoNi. ВЭС построены с равным сочетанием каждого составляющего элемента, в отличие от всех существующих сплавов, которые имеют высокую долю одного элемента и меньшие добавки других элементов.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, ученые из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) и Национальной лаборатории Ок-Риджа измерили самую высокую твердость из когда-либо зарегистрированных материалов при исследовании металлического сплава из хрома, кобальта и никеля (CrCoNi).
«Твердость этого материала вблизи гелиевых температур (20 Кельвинов, -253ºC) достигает 500 мегапаскалей. В тех же единицах твердость куска кремния равна единице, алюминиевого каркаса авиалайнеров — около 35, а твердость некоторых лучших сталей — около 100. Так что 500 — это ошеломляющая цифра», пояснил Роберт Ричи старший научный сотрудник отдела материаловедения лаборатории Беркли и профессор технических наук Калифорнийского университета в Беркли и соавтор статьи.
Определение его сопротивления
Ученые использовали дифракцию нейтронов, дифракцию обратного рассеяния электронов и просвечивающую электронную микроскопию для изучения решетчатых структур образцов CrCoNi, которые были разрушены при комнатной температуре и 20 К.
Согласно заявлению, «изображения и атомные карты, созданные с помощью этих методов, показали, что твердость сплава обусловлена тремя дислокационными препятствиями, которые вступают в действие в определенном порядке, когда к материалу прилагается сила. Но когда он деформируется, структура становится очень сложной, и это изменение помогает объяснить его исключительную устойчивость к разрушению», добавил Эндрю Майнор, директор Национального центра электронной микроскопии Molecular Foundry в лаборатории Беркли и профессор науки и инженерии материалов в Калифорнийском университете в Беркли, а также соавтор работы.
Этот материал в настоящее время разрабатывается для ряда различных приложений, но из-за стоимости его создания исследователи в настоящее время считают его хорошим кандидатом для экстремальных условий, таких как глубокий космос.
Хотя прогресс впечатляет, Ричи предупреждает, что по уважительной причине до реального использования еще далеко. «Когда вы летите на самолете, хотели бы вы знать, что то, что спасает вас от падения с высоты 40 000 футов — это сплав корпуса, разработанный всего несколько месяцев назад? Или вы хотите, чтобы материалы были зрелыми и понятными? Вот почему конструкционным материалам может потребоваться много лет, даже десятилетий, чтобы увидеть какое-либо реальное применение».
DOI: 10.1126/science.abp8070
