Даже самые прочные сплавы становятся хрупкими при низких температурах. Инновационный метод «атом за атомом» позволил разработать уникальный сплав CoNiV-AlTi, который способен без ограничений выдерживать температуры глубокого космоса и сжиженных газов.
Для навигации в условиях экстремально холодного космоса или работы с переохлажденным жидким топливом на Земле необходимы материалы, которые не подвержены криогенному разрушению. Большинство металлов становятся хрупкими и разрушаются при сверхнизких температурах. Однако смелые исследования открывают новый подход к созданию металлических конструкций атом за атомом для разработки прочных и долговечных сплавов, способных выдерживать самые тяжелые условия эксплуатации.
Традиционные методы упрочнения не всегда достаточно эффективны для таких применений. Например, широко распространенный метод термической обработки, известный как дисперсионное твердение, усиливает металлы, создавая в их структуре мельчайшие твердые зерна. Однако при экстремальных температурах материалы могут потерять пластичность (способность изгибаться, растягиваться или принимать новую форму без разрушения) и все равно неожиданно разрушиться.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature, приводится новый способ разработки металлических сплавов, которые сохраняют прочность и стойкость даже при сверхнизких температурах. Основная идея заключается в создании сплава с двумя типами идеально организованных атомных структур. Эти структуры получили названия 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 разработали свой сплав с помощью контролируемого процесса термической обработки и механической формовки, что способствовало самоорганизации атомных структур. Иными словами, ученые создали условия, позволяющие атомам самостоятельно формироваться в желаемую структуру.
В результате был получен 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 распространенной криогенной жидкости в науке, технике и медицине. Сплав испытывали на растяжение в лабораторных условиях для определения нагрузки, которую он способен выдержать. Материал оправдал ожидания создателей.
Благодаря своей уникальной прочности и долговечности, особенно в условиях экстремально низких температур, данный сплав может найти множество практических применений. В космонавтике можно использовать более прочные космические аппараты, способные длительное время выдерживать экстремально низкие температуры глубокого космоса. В энергетическом секторе этот сплав может применяться для создания более безопасной и надежной инфраструктуры, такой как трубопроводы и резервуары для сжиженного газа, криогенераторы для медицинской техники и т.д.
Исследователи также предполагают, что их метод, основанный на атомной инженерии, может быть адаптирован для других типов сплавов. Это может привести к созданию совершенно нового поколения материалов, способных переносить самые суровые холода без ущерба для производительности и безопасности.
Фото: hi-tech.mail.ru