Обнаружен металлический сплав с необычными свойствами24.04.2024 08:45

Металлический сплав, состоящий из ниобия, тантала, титана и гафния, шокировал ученых-материаловедов впечатляющей прочностью и ударной вязкостью как при высоких, так и при низких температурах. Считалось, что такого сочетания свойств почти невозможно достичь, пишет Phys.org. 

Сплав относится к новому классу металлов, известных как как тугоплавкие сплавы с высокой или средней энтропией (RHEAs/RMEAs). Большинство металлов, которые мы видим в коммерческом или промышленном применении, представляют собой сплавы, изготовленные из одного основного металла, смешанного с небольшим количеством других элементов. Однако эти металлы изготавливаются путем смешивания примерно равного количества металлических элементов с очень высокой температурой плавления. Это наделяет их уникальными свойствами, которые ученые продолжают изучать.

Эти материалы очень прочные, но, как правило, обладают чрезвычайно низкой вязкостью разрушения. Поэтому ученые были удивлены, когда новый сплав продемонстрировал исключительно высокую ударную вязкость. В данном контексте прочность определяется как то, какое усилие материал может выдержать, прежде чем будет необратимо деформирован. А вязкость разрушения — это сопротивление растрескиванию (образованию трещин). 

До этого момента сплавы RMEA были очень хрупкими. Большинство из них растрескивались при малейшем воздействии. Новый сплав, созданный из ниобия, тантала, титана и гафния, в 25 раз прочнее обычных сплавов RMEA при комнатной температуре.

Однако двигатели работают далеко не при комнатной температуре. Чтобы учесть реальные условия, ученые проверили прочность и вязкость разрушения сплава при пяти разных температурах: −196°C (температура жидкого азота), 25°C (комнатная температура), 800°C, 950°C и 1200°C. Последняя температура в пять раз ниже температуры поверхности Солнца.

Исследования показали, что сплав демонстрирует наибольшую прочность на холоде и незначительно теряет ее с повышением температуры, оставаясь при этом впечатляюще прочным во всем диапазоне. Вязкость разрушения, которая определяется силой, необходимой для расширения уже существующей трещины в материале, также оставалась высокой при всех температурах.

Секрет успеха сплава кроется в его необычных дефектах, называемых полосами излома. Эти полосы возникают в кристалле под воздействием нагрузки. Изломы «захватывают» часть нагрузки от трещины, не давая ей распространяться. Это увеличивает сопротивление материала растрескиванию.

Сплав может использоваться для создания двигателей будущего. Но перед этим он должен пройти еще много испытаний.

Ранее ученые создали новую форму золота. Материал состоит из одного слоя атома и обладает некоторыми интересными свойствами, которых нет в трехмерной форме золота.