Создан материал, который остается сверхпрочным и вязким при любых температурах
Исследователи из США разработали новый металлический сплав, который остается сверхпрочным и вязким как при экстремально низких, так и при высоких температурах. Считается, что достичь этого необычного сочетания практически невозможно. Сплав, состоящий из ниобия, тантала, титана и гафния идеально подходит для использования в высокоэффективных аэрокосмических двигателях и других технологически сложных областях.
В основе большинства сплавов - один базовый металл, в расплав которого добавлена, как правило, небольшая часть другого металла или металлов. Например, обычная сталь содержит более 99% железа, а остальное - углерод. Однако новый сплав относится к классу тугоплавких высокоэнтропийных сплавов (RHEA) или среднеэнтропийных сплавов (RMEA), которые характеризуются почти равным содержанием элементов с высокими температурами плавления, что придаёт им уникальные свойства.
Традиционно RHEA и RMEA известны своей прочностью, но имеют низкую устойчивость к разрушению, из-за чего склонны к ломке под нагрузкой. Однако новый сплав (Nb45Ta25Ti15Hf15) ломает эти стереотипы, обладая ударной вязкостью, которая в более чем 25 раз выше, чем у типичных RMEA при комнатной температуре.
Исследователи испытывали сплав при различных температурах, анализируя его прочность и ударную вязкость при -196°C (температура жидкого азота), 25°C (комнатная температура) и на нескольких высоких температурах вплоть до 1200°C. Материал сохранял высокую прочность и сопротивление разрушению при всех тестированиях. Никакой другой сплав не обладает подобной прочностью.
Команда исследователей и раньше работала с RHEA и RMEA, поэтому сначала не могла понять, почему новый материал настолько прочный. Оказалось, в этом ему помогал «дефект»: ударную вязкость обеспечивает полоса излома. Чтобы обнаружить это, ученые использовали четырехмерную сканирующую трансмиссионную электронную микроскопию (4D-STEM) в Molecular Foundry лаборатории Беркли.