Инженерите от Университета Пердю създадоха наноламинат на базата на кобалт и алуминий, който се оказа до 10 пъти по-здрав от силно издържливата конструкционна стомана, но при това запазвайки способността си за пластична деформация. Разработката ще помогне за създаването на по-надеждни материали за авиационните двигатели, енергийните инсталации и космическата техника.

Един от основните проблеми при термоустойчивите материали е компромисът между здравина и пластичност. Интерметалидите — съединения на два или повече метала с подредена кристална структура — издържат на екстремни температури и натоварвания, но в същото време са много крехки. Вместо да се огъват под въздействието на силата, те бързо се разрушават, което ограничава приложението им, например, в лопатките на турбините на реактивните двигатели.

Изследователите предложиха отказ от промяната на химичния състав на материала и вместо това да се препроектира неговата вътрешна структура. Като основа те избраха интерметалида на кобалт и алуминий (CoAl), който се счита за перспективен за авиацията, но на практика не се използва поради своята крехкост.

За създаването на новия материал учените са използвали метода на магнетронното разпрашване: атомите на кобалта и алуминия са били изпарени от първоначалната сплав и отложени върху повърхността, образувайки тънки слоеве от материала. За разлика от традиционното леене, този метод позволява да се контролира структурата на CoAl на нанониво. Изследователите специално създадоха в кристалната решетка голям брой дислокации — микроскопични нарушения, които позволяват на материала да се деформира ббез да се разрушава. Освен това между слоевете те формираха аморфни граници, където атомите са разположени по-малко подредено. При натоварване тези граници спомагат за създаването на нови дислокации, благодарение на което материалът поглъща механичното напрежение и запазва висока якост.

Какво показаха тестовете

Тестовете показаха, че новият наноламинат притежава предел на течливост (напрежението, което материалът може да издържи до началото на необратима деформация) от около 6 ГПа — това е 6–10 пъти повече отколкото при силно издържливата конструкционна стомана. Материалът демонстрира устойчиво заздравяване до 8,5 ГПа, като също така издържа на повече от 15% пластична деформация при стайна температура без разрушаване.

Наблюденията под сканиращ електронен микроскоп и компютърното моделиране потвърдиха, че ключова роля в това играе действието на аморфните граници, които активно генерират нови дислокации по време на деформацията.

Засега технологията съществува под формата на тънкослоен наноламинат и все още не е готова за промишлено приложение. Следващият етап ще бъде пренасянето на тази архитектура върху обемни детайли, подходящи за производството на компоненти за турбини и друга техника. Освен това изследователите имат намерение да проверят дали подобен подход може да се използва и за други интерметалиди.

Ако методът се окаже универсален, той ще позволи създаването на материали от ново поколение, притежаващи едновременно свръхвисока якост и пластичност за авиационната, космическата, енергийната и отбранителната промишленост.