Известный своей хрупкостью сплав сделали гибким и очень прочным
Инновационный материал может изменить подходы к проектированию деталей для авиационных двигателей, энергетических систем и космических технологий.
Светлана ЛевченкоАвтор новостей
Новое исследование специалистов Университета Пердью посвящено интерметаллидам — твердым материалам из двух или более металлических элементов, расположенных в строго упорядоченной кристаллической решетке. Их необычная атомная организация обеспечивает исключительную прочность, высокие температуры плавления и устойчивость к ползучести — медленной деформации под длительным воздействием тепла и нагрузки. Эти качества делают интерметаллиды ценными в качестве основы для реактивных двигателей, газовых турбин и деталей автомобилей. Однако большинство таких материалов имеют серьезный недостаток — они крайне хрупкие и легко растрескиваются под нагрузкой.
Инженеры под руководством профессора Синхана Чжана сфокусировали внимание на интерметаллиде кобальт-алюминий (CoAl). «Интерметаллид CoAl — высокопрочное соединение, которое потенциально может использоваться в материалах следующего поколения для производства лопаток турбин авиадвигателей, — объясняет Чжан. — Высокопрочные, но гибкие, способные к пластической деформации сплавы CoAl позволили бы двигателю вращаться быстрее, выдерживая более высокую центробежную силу».
Пластичность — это способность материала необратимо изменять форму без растрескивания. Для промышленного применения это критически важно: из материала, который не может деформироваться, трудно формовать сложные детали, и он может внезапно сломаться под нагрузкой.
Секрет нового материала — в микроскопических дефектах кристаллической структуры — так называемых дислокациях. Хотя слово «дефект» мы привыкли считать негативным, дислокации помогают металлам деформироваться под экстремальным воздействием вместо разрушения. «Мы напрямую внедрили дислокации в CoAl во время осаждения распылением, — рассказывает Чжан. — Более того, мы спроектировали каркас аморфных интерфейсов — гибких границ в материале, которые частично кристаллизуются при деформации и способствуют образованию дислокаций».
Результаты впечатляют: материал достиг предела текучести в 6 гигапаскалей — это в 6-10 раз выше, чем у высокопрочной конструкционной стали. При этом он выдержал 15% пластической деформации при комнатной температуре. «Эта комбинация ультравысокой механической прочности и выдающейся пластичности делает обновленный CoAl одной из лучших на сегодняшний день интерметаллических систем», — отмечает первый автор работы Кэ Сюй.
Авторы работы использовали магнетронное распыление вместо традиционного литья, что позволило создать материал из паровой фазы сплава и внедрить значительно больше дислокаций. Следующим этапом станет масштабирование технологии для промышленного производства и применение концепции к другим интерметаллидам.
Ранее российские ученые раскрыли секрет магнитной аномалии в сплавах марганца и алюминия.
Поделиться
