Учёные обнаружили сплавы, устойчивые к повреждениям при −253°C — ScienceDaily
В Великобритании международная группа учёных выявила два экспериментальных сплава на основе ниобия и титана, которые не продемонстрировали заметного перехода к хрупкому разрушению при температуре 20 кельвинов, или −253°C. Опыты с образцами проводились в Оксфордшире. О результатах исследования, опубликованного 14 октября в журнале Nature, сообщает ScienceDaily.
Альтернативный способ деформации
При низких температурах металлы обычно становятся прочнее, но одновременно могут становиться хрупкими: вместо деформации под нагрузкой они склонны трескаться. Это особенно свойственно металлам с объёмноцентрированной кубической кристаллической решёткой, к которым относятся, в частности, железо, вольфрам и хром.
Обычно металл деформируется благодаря движению дислокаций — дефектов кристаллической структуры, позволяющих слоям атомов смещаться. На холоде это движение затрудняется, поэтому напряжение вблизи трещины чаще приводит к разрушению материала.
Больше актуальных новостей — в Telegram-канале UA.News Telegram.
В исследованных сплавах учёные зафиксировали другой процесс — наноразмерное двойникование. Небольшие участки кристаллической структуры перестраивались в зеркально-симметричные конфигурации; это сопровождалось локальным изменением структуры. На границах между соседними кристаллитами возникали локальные концентрации напряжений, создававшие новые дислокации. Благодаря этому материал мог деформироваться и поглощать нагрузку вместо распространения трещин.
Испытания с помощью нейтронов
Образцы охлаждали газообразным гелием примерно до −253°C и растягивали на установке Engin-X в ISIS Neutron and Muon Source. Во время испытаний через металлы направляли пучок нейтронов, чтобы отслеживать изменения внутри материала под нагрузкой. Специальная установка позволила измерить силы, которые выдерживали образцы, и установить, насколько они могли растягиваться до разрушения.
После этого образцы исследовали с помощью электронной микроскопии и атомно-зондового анализа, который показал распределение элементов в сплавах. Эти данные вместе с компьютерным моделированием позволили описать механизм, препятствующий хрупкому разрушению. Исследователи считают, что результаты могут предложить новый подход к разработке конструкционных металлов для энергетики, транспорта и аэрокосмической техники, работающих при экстремально низких температурах.
