Naukowcy odkryli stopy odporne na uszkodzenia w temperaturze −253°C — ScienceDaily
W Wielkiej Brytanii międzynarodowa grupa naukowców zidentyfikowała dwa eksperymentalne stopy na bazie niobu i tytanu, które nie wykazały zauważalnego przejścia do kruchego pękania w temperaturze 20 kelwinów, czyli −253°C. Badania próbek przeprowadzono w Oxfordshire. O wynikach badania opublikowanego 14 października w czasopiśmie Nature informuje ScienceDaily.
Alternatywny sposób odkształcania
W niskich temperaturach metale zazwyczaj stają się mocniejsze, ale mogą jednocześnie stawać się kruche: zamiast odkształcać się pod obciążeniem, mają skłonność do pękania. Jest to szczególnie charakterystyczne dla metali o regularnej sieci krystalicznej centrowanej przestrzennie, do których należą między innymi żelazo, wolfram i chrom.
Zazwyczaj metal odkształca się dzięki ruchowi dyslokacji — defektów struktury krystalicznej, które umożliwiają przesuwanie się warstw atomów. Na zimnie ruch ten jest utrudniony, dlatego naprężenia w pobliżu pęknięcia częściej prowadzą do zniszczenia materiału.
Więcej aktualnych wiadomości na kanale UA.News w Telegramie Telegram.
W badanych stopach naukowcy zarejestrowali inny proces — bliźniakowanie w nanoskali. Niewielkie obszary struktury krystalicznej przebudowywały się w konfiguracje symetryczne względem lustra; towarzyszyła temu lokalna zmiana struktury. Na granicach między sąsiednimi krystalitami powstawały lokalne koncentracje naprężeń, które tworzyły nowe dyslokacje. Dzięki temu materiał mógł się odkształcać i pochłaniać obciążenia zamiast rozprzestrzeniania pęknięć.
Testy z wykorzystaniem neutronów
Próbki schładzano gazowym helem do około −253°C i rozciągano w instalacji Engin-X w ISIS Neutron and Muon Source. Podczas testów przez metale kierowano wiązkę neutronów, aby śledzić zmiany wewnątrz materiału pod obciążeniem. Specjalna instalacja umożliwiła zmierzenie sił, które wytrzymywały próbki, oraz ustalenie, jak bardzo mogły zostać rozciągnięte przed zniszczeniem.
Następnie próbki zbadano za pomocą mikroskopii elektronowej i analizy sondą atomową, która wykazała rozkład pierwiastków w stopach. Dane te wraz z modelowaniem komputerowym umożliwiły opisanie mechanizmu zapobiegającego kruchemu pękaniu. Badacze uważają, że wyniki mogą zaproponować nowe podejście do opracowywania metali konstrukcyjnych dla energetyki, transportu i techniki lotniczo-kosmicznej, działających w ekstremalnie niskich temperaturach.
