Науковці виявили сплави, стійкі до пошкоджень за −253 °C — ScienceDaily
У Великій Британії міжнародна група науковців виявила два експериментальні сплави на основі ніобію й титану, які не продемонстрували помітного переходу до крихкого руйнування за температури 20 кельвінів, або −253 °C. Досліди зі зразками проводили в Оксфордширі. Про результати дослідження, опублікованого 14 жовтня в журналі Nature, повідомляє ScienceDaily.
Альтернативний спосіб деформації
За низьких температур метали зазвичай міцнішають, але водночас можуть ставати крихкими: замість деформації під навантаженням вони схильні тріскатися. Особливо це властиво металам з об’ємноцентрованою кубічною кристалічною ґраткою, до яких належать, зокрема, залізо, вольфрам і хром.
Зазвичай метал деформується завдяки руху дислокацій — дефектів кристалічної структури, що дають змогу шарам атомів зміщуватися. На холоді цей рух ускладнюється, тому напруження поблизу тріщини частіше призводить до руйнування матеріалу.
Більше актуальних новин читайте у Telegram-каналі UA.News.
У досліджених сплавах науковці зафіксували інший процес — нанорозмірне двійникування. Невеликі ділянки кристалічної структури перебудовувалися у дзеркально симетричні конфігурації; це супроводжувалося локальною зміною структури. На межах між сусідніми кристалітами виникали локальні концентрації напружень, які створювали нові дислокації. Завдяки цьому матеріал міг деформуватися та поглинати навантаження замість поширення тріщин.
Випробування за допомогою нейтронів
Зразки охолоджували газоподібним гелієм приблизно до −253 °C та розтягували на установці Engin-X в ISIS Neutron and Muon Source. Під час випробувань через метали спрямовували пучок нейтронів, щоб відстежити зміни всередині матеріалу під навантаженням. Спеціальна установка дала змогу виміряти сили, які витримували зразки, і встановити, наскільки вони могли розтягуватися до руйнування.
Після цього зразки досліджували за допомогою електронної мікроскопії та атомно-зондового аналізу, який показав розподіл елементів у сплавах. Ці дані разом із комп’ютерним моделюванням дали змогу описати механізм, що перешкоджає крихкому руйнуванню. Дослідники вважають, що результати можуть запропонувати новий підхід до розроблення конструкційних металів для енергетики, транспорту й аерокосмічної техніки, які працюють за екстремально низьких температур.
