Високі технології: революційний спосіб згинання металів може зробити військову техніку міцнішою

Майже 100 років вчені думали, що розуміють всі, що потрібно знати про те, як метали згинаються. Однак виявилося, що вони помилилися.

Американські учені з Університету Вісконсін-Медісон в межах дослідження, фінансованого Управлінням армійських досліджень США, встановили, що правила згинання металу не так вже жорсткі та чіткі. Новий механізм вигину, розроблений дослідниками, може дозволити інженерам зміцнити матеріал, не піддаючи його ризику руйнування, повідомляє видання EurekAlert з посиланням на статтю в Nature Communications.

Це відкриття створює нові можливості для проектування матеріалів, — наголошують дослідники. — Воно додає ще один параметр, який ми можемо контролювати, щоб забезпечити міцність і пластичність.

Учені наголошують, що це відкриття потенційно заклало технічну основу для розробки нового покоління сучасних міцніших і довговічніших конструкційних матеріалів, які зрештою можуть бути використані у майбутній військовій техніці і машинах.

Сьогодні інженери маніпулюють міцністю металу за допомогою таких методів, як холодна обробка або відпалювання, які впливають на метал через невеликі, але важливі структурні порушення, звані дислокаціями.

Ця підхід існує з 1934 року, коли три дослідники незалежно один від одного зрозуміли, що дислокація пояснює парадокс: метали набагато легше піддаються вигину, ніж їхні молекулярні структури, які зазвичай приймають форму регулярно повторюваних тривимірних сіток.

Дислокації — це крихітні нерівності в добре впорядкованої кристалічній решітці металу, додаткова кристалічна площина, вставлена в кристалічну ґратку.

Звичайні метали згинаються, тому що дислокації здатні рухатися, дозволяючи матеріалу деформуватися, не пориваючи всі зв’язки всередині його кристалічної решітки одночасно.

Тож вчені були дійсно шоковані, коли виявили, що матеріал самарій-кобальт, котрий є інтерметалічним (хімічною сполукою між металами, яка утворюються в результаті взаємодії компонентів при сплавлені, конденсації з пари, дифузії тощо), легко згинався, хоча його дислокації і були зафіксовані на місці.

Замість цього, вигин самарію-кобальту привів до утворення вузьких смуг всередині кристалічної решітки, де молекули набували форми вільної «аморфної» конфігурації замість звичайної, сітчастої структури в решті частини металу.

Ці аморфні смуги дозволили металу зігнутися.

Це майже як мастило, — зазначають дослідники.

Дослідження показує, що інтерметалічні сполуки можна відчутно деформувати навіть тоді, коли проковзування дислокацій відсутнє, — наголошують учені.

Тепер дослідники планують зайнятися пошуком інших матеріалів, здатних згинатися подібним чином. Зрештою, вони сподіваються використовувати це явище, щоб налаштувати властивості матеріалу на міцність і гнучкість.

Очікується, що у військовій техніці нові метали з’являться через 25−30 років.

Нагадаємо, нещодавнє несподіване відкриття американських учених може змінити спосіб використання нікелю промисловістю.