В 10 раз прочнее стали. Американские ученые создали сверхгибкий сплав нового поколения
Инженеры из Университета Пердью в сотрудничестве с коллегами из Хьюстонского университета разработали новый способ сочетания сверхвысокой прочности и пластичности в интерметаллических соединениях кобальта и алюминия (CoAl).
Результаты исследования, опубликованные в журнале Science Advances, открывают новые перспективы для аэрокосмической и энергетической отраслей.
Интерметаллиды — это твердые материалы с высокоупорядоченной кристаллической структурой. Они обладают исключительной прочностью, а также устойчивостью к высоким температурам и медленной деформации под длительной нагрузкой (ползучести). Благодаря этому они критически важны для реактивных двигателей, газовых турбин и систем хранения энергии. Однако их главным недостатком до сих пор оставалась чрезвычайная хрупкость при комнатной температуре, что затрудняло изготовление деталей сложной формы и создавало риск внезапного разрушения.
Ученым удалось решить эту проблему с помощью метода магнетронного распыления. В отличие от традиционного литья из расплавленного металла, этот неравновесный процесс позволяет формировать материал из паровой фазы сплава. Благодаря этому в структуру CoAl удалось искусственно ввести высокую плотность дислокаций — микроскопических сдвигов в кристаллической решетке, которые позволяют металлу деформироваться под действием сил, а не трескаться.
Кроме того, исследователи создали каркас из аморфных интерфейсов (FAI) — гибких внутренних границ. При деформации материала участки этих границ частично кристаллизуются, что способствует зарождению новых дислокаций.
Механические испытания, проведенные внутри сканирующего электронного микроскопа, показали, что новый сплав CoAl достигает предела текучести 6 ГПа (гигапаскалей). Это примерно в 6−10 раз превышает показатели высокопрочной конструкционной стали. При этом материал выдержал до 15% пластической деформации при сжатии при комнатной температуре, что делает его одной из самых перспективных интерметаллических систем современности.
По словам авторов работы, повышенная пластичность и прочность CoAl позволят создавать более долговечные лопатки турбин и элементы авиационных двигателей. Новый материал будет выдерживать более высокие скорости вращения и центробежные нагрузки, что значительно повысит эффективность аэрокосмической, оборонной и энергетической техники. На следующем этапе команда планирует масштабировать технологию для промышленного производства объемных нанокомпозитов и испытать ее на других типах интерметаллидов.