Учёные нашли новый способ делать металлические сплавы прочнее — и он обещает перевернуть производство, от авиации до кастрюль. Классический пример сплава — сталь: в основном железо с примесью углерода, что делает её гораздо твёрже чистого железа. Международная команда исследователей описала в журнале Science метод, который даёт металлы в несколько раз прочнее привычных.
Секрет — в низкой контролируемой температуре и выдержке. Вместо стандартного нагрева сплав «запекают» при 550 °C несколько часов или дней. Атомы успевают выстроиться в упорядоченные блоки — зёрна, которые оказываются мельче и плотнее обычных. Как сказал материаловед Цзянь-Фэн Ни из Monash University, «то, как атомы организуются при производстве, может быть так же важно, как их состав».
Главное — метод работает не только с тонкими плёнками, а с цельным куском металла. Идея мелких зёрен не нова, но масштабировать её до нормальных деталей было сложно. В новой работе смешали пять металлов: гафний, ниобий, тантал, титан и цирконий. После краткого плавления при высокой температуре смесь остудили до 550 °C и оставили на часы и дни.
Лучший результат получили через 32 часа. Сплав назвали Refractory High-Entropy Alloy (RHEAD). Он вдвое прочнее стали, втроё прочнее алюминия и вдвое прочнее того же сплава, сделанного обычным способом. Атомы сами организовались в повторяющиеся зёрна, реагируя на естественные напряжения между разными металлами. Дефектов и зазоров между зёрнами почти нет — отсюда и прочность. Тесты показали, что сплав выдерживает сжатие более двух гигапаскалей, не теряя пластичности (гнётся, а не ломается).
Как отметил материаловед Юй Чжан из Чунцинского университета, «аккуратно управляя тем, как атомы организуются, мы создали структуру с исключительной прочностью и стабильностью». Ни добавил: если концепцию применить шире, можно получать материалы со свойствами, которые раньше считались недостижимыми. И не обязательно добавлять больше дорогих компонентов — достаточно правильно выстроить внутреннюю структуру. Это сулит более эффективное, дешёвое и экологичное производство.
Впереди много работы. Команда хочет понять не только то, как перестраиваются атомы, но и почему. Декан инженерного факультета Monash University Янис Вентикос, не участвовавший в исследовании, подчеркнул: «Век сплавы улучшали методом проб и ошибок, меняя состав. Теперь мы можем проектировать само расположение атомов». Статья вышла в Science, проверена Клэр Уотсон и отредактирована Питером Докриллом.