Группа исследователей разработала новый способ создания металлических сплавов, который позволяет получать материалы с рекордной прочностью. Вместо изменения химического состава учёные сосредоточились на управлении тем, как атомы самостоятельно выстраиваются во время изготовления металла. Такой подход позволил получить сплав, который оказался значительно прочнее аналогов, изготовленных традиционными методами.
Авторы новой работы предложили принципиально иной подход к производству сплавов. Вместо повышения температуры и изменения состава материала они использовали сравнительно низкую температуру обработки и длительную термическую выдержку, позволяющую атомам самостоятельно сформировать более упорядоченную внутреннюю структуру. Более ста лет развитие сплавов основывалось главным образом на подборе химического состава и совершенствовании технологий обработки. Однако результаты нового исследования показывают, что не менее важную роль играет то, как именно атомы организуются в процессе изготовления материала.
Исследователи подчёркивают, что главным достижением стала не только разработка конкретного нового сплава, но и доказательство того, что атомы способны самостоятельно формировать практически бездефектную структуру в массивном металлическом материале, а не только в тонких плёнках или микроскопических образцах, как удавалось ранее.
Для создания нового материала учёные использовали пять металлов: гафний, ниобий, тантал, титан и цирконий. После кратковременного плавления при высокой температуре сплав охлаждали до примерно 550 градусов Цельсия и выдерживали в течение нескольких часов. Полученный материал оказался примерно в два раза прочнее стали, в три раза прочнее алюминия и в два раза прочнее аналогичного сплава, изготовленного традиционным способом.
Тщательный контроль процесса обработки позволил атомам выстроиться в чрезвычайно плотную и хорошо связанную структуру, обладающую высокой прочностью и стабильностью. Особенность технологии заключается в том, что атомы различных металлов самостоятельно образуют повторяющиеся упорядоченные участки — так называемые зёрна. Благодаря естественным внутренним напряжениям между элементами формируется практически бездефектная структура без пустот и слабых мест, что и обеспечивает столь высокие механические характеристики.
«Применение новых технологий позволит улучшать характеристики металлов не за счёт увеличения количества легирующих добавок, а благодаря точному управлению внутренней структурой материала. Такой подход способен сделать производство сплавов более экономичным, экологичным и эффективным.» - отметил Директор Департамента специальных проектов Калинин А.В.
