Прочнее стали и формуется как пластик: металлическое стекло испытают в космосе
Уникальные условия МКС дадут ученым возможности, которые невозможно воссоздать на Земле.
Светлана ЛевченкоАвтор новостей
Команда материаловедов под руководством Ральфа Буша из Саарского университета (UdS) готовится к своей первой научной миссии в космосе. С 31 августа в течение недели ученые будут в режиме реального времени дистанционно управлять экспериментами на борту Международной космической станции, изучая необычные металлические сплавы — так называемое металлическое стекло. Работы проводятся совместно с Европейским космическим агентством (ESA) и Германским центром авиации и космонавтики (DLR).
Главное преимущество МКС для проведения таких исследований — состояние невесомости. На высоте около 400 километров гравитация почти такая же, как на поверхности Земли, но поскольку станция движется вперед с очень высокой скоростью, она находится в постоянном свободном падении вокруг планеты и все на борту при этом находится в состоянии невесомости. Именно это и нужно группе Буша: крошечные капли расплавленного сплава должны «висеть» в пространстве, не касаясь стенок и не искажая результаты измерений.
Металлическое стекло — это металл, который при охлаждении застывает «как стекло». В обычных металлах атомы выстраиваются в регулярную кристаллическую решетку. В металлическом стекле внутренний порядок атомов нарушен, структура сплава аморфная, как у оконного стекла. Чтобы получить такое состояние, нужно подобрать состав сплава так, чтобы кристаллизация шла очень медленно и атомы не успевали выстроиться в кристалл. На это уходят годы работы: «Мы проектируем такие сплавы в многомерном пространстве составов, чтобы замедлить кристаллизацию и получить нужный набор свойств», поясняет Буш.
Название «стекло» не должно вводить в заблуждение: такие сплавы прочнее стали, при этом упруги и при нагреве формуются, как пластик. Их можно отливать под давлением или использовать в металлической 3D‑печати, получая очень сложные формы. Команда Буша уже имеет несколько патентов на сверхпрочные сплавы, подходящие для изготовления деталей двигателей и узлов, способных выдерживать экстремальные условия в космосе.
На МКС ученые будут изучать никель-ниобиевые и никель-ниобий-серные сплавы. Капли размером с бусину разогреют до 1700 и будут удерживать в подвешенном состоянии в установке Electromagnetic Levitator в модуле Columbus. Без тигля и контакта со стенками можно точнее измерить поверхностное натяжение, вязкость, тепловое расширение, поведение при переохлаждении и другие свойства. «В условиях микрогравитации на МКС требуются гораздо меньшие силы, чтобы удержать каплю на месте — это огромный плюс», говорит Буш.
Часть этих экспериментов команда уже проводила на Земле: в вакууме, в электромагнитных и электростатических ловушках, на рентгеновском источнике DESY, а также во время параболических полетов, которые дают по 22 секунды невесомости. Но короткое время и влияние гравитации не позволяют добиться нужной точности результатов. На МКС каждый цикл исследований может длиться до 45 минут, и таких циклов за день будет несколько.
Полученные данные помогут еще лучше рассчитать состав сплавов для применения в космической технике, медицине, высоконагруженных узлах и даже в повседневных изделиях. В Саарском университете уже готовят к будущим полетам новые составы, например на основе палладия, никеля и фосфора.
Ранее ученые сделали гибким и очень прочным известный своей хрупкостью сплав.
космосПоделиться
