Атомарная инженерия создала уникальный сплав: он не ломается в жидком азоте
Для навигации в условиях экстремально холодного космоса или работы с переохлажденным жидким топливом на Земле требуются материалы, которые не подвержены криогенному разрушению. Большинство металлов становятся хрупкими и разрушаются при сверхнизких температурах. Однако смелые исследования открывают новаторский подход к построению металлических конструкций атом за атомом ради создания прочных и долговечных сплавов, способных выдерживать самые суровые условия эксплуатации.
Традиционные методы упрочнения часто оказываются недостаточными для таких применений. Например, распространенный метод термической обработки, называемый дисперсионным твердением, упрочняет металлы путем создания в их структуре мельчайших твердых зерен. Однако при экстремальных температурах материалы могут потерять пластичность (способность изгибаться, растягиваться или принимать новую форму без разрушения) и все равно внезапно разрушиться.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature, описывается новый способ разработки металлических сплавов, сохраняющих прочность и стойкость даже при сверхнизких температурах. Основная идея заключается в создании сплава с двумя типами идеально организованных атомных структур. Эти структуры получили название субнаномасштабного ближнего порядка (subnanoscale short-range ordering, SRO), и наномасштабного дальнего порядка (nanoscale long-range ordering, NLRO). В первом случае это крошечные островки организованных атомов, во втором — более крупные структуры.
Ученые создали свой сплав с помощью контролируемого процесса термической обработки и механической формовки, что привело к самоорганизации атомных структур. Другими словами, ученые создали условия, позволяющие атомам самостоятельно выстраиваться в желаемую структуру.
Результатом стал новый сплав кобальта, никеля и ванадия, обладающий исключительной прочностью и вязкостью при температурах до -186°C (87 K). Это всего на 10 градусов выше температуры жидкого азота, самой популярной криогенной жидкости в науке, технике, медицине. Сплав испытывали на растяжение в лабораторных условиях, чтобы определить, какую нагрузку он способен выдержать. Материал оправдал надежды создателей.
Благодаря своей исключительной прочности и долговечности, особенно в условиях экстремально низких температур, этот сплав может найти множество практических применений. В космонавтике можно применять более прочных космических аппаратов, способных долгое время выдерживать экстремально низкие температуры глубокого космоса. В энергетическом секторе этот сплав может быть использован для создания более безопасной и надежной инфраструктуры, например, трубопроводов и резервуаров для сжиженного газа, криогенераторов для медицинской техники и т.д…
Ученые также полагают, что их подход, основанный на атомной инженерии, может быть применен к другим типам сплавов. Это может привести к разработке совершенно нового поколения материалов, способных выдерживать самые суровые холода без ущерба для производительности и безопасности.
О российском опыте инновационной атомарной инженерии при выращивании полупроводников в космосе читайте в недавнем материале на Hi-Tech Mail.
