Учёные преобразили сверхпрочные металлы: теперь они пластичны и в 6–10 раз прочнее стали

Инженеры продемонстрировали, что интерметаллический сплав, основанный на кобальте и алюминии, может одновременно обладать выдающейся прочностью и высокой пластичностью благодаря управлению дефектами структуры на наноуровне

Интерметаллиды (интерметаллические соединения) представляют собой класс материалов, состоящих из двух или более металлов с упорядоченной кристаллической решёткой. Они известны своей высокой прочностью, термостойкостью и стойкостью к ползучести, что делает их подходящими для использования в экстремальных условиях, таких как турбины и авиационные двигатели. Однако их основная проблема заключается в хрупкости при комнатных температурах, что ограничивает их применение в инженерных конструкциях.

Инженеры из Университета Пердью (Purdue University, США) сообщили о достижении редкого сочетания высокой прочности и пластичности в интерметаллиде CoAl (кобальт-алюминий).

Обычно такие материалы разрушаются из-за недостатка дислокаций — микроскопических дефектов кристаллической решётки, которые позволяют металлу деформироваться без разрушения. В данном исследовании ученые искусственно создали эти дефекты в процессе получения материала с помощью магнетронного напыления — метода, при котором тонкие металлические слои наносятся из паровой фазы.

Ключевым аспектом стала структура, получившая название framework of amorphous interfaces (FAIs) — «каркас аморфных интерфейсов». Это переходные границы между слоями материала, которые частично остаются неупорядоченными и затем кристаллизуются при деформации, способствуя образованию дислокаций. Такой механизм позволяет материалу одновременно выдерживать нагрузки и не разрушаться хрупко.

В экспериментах CoAl-структура продемонстрировала предел текучести около 6 ГПа, что примерно в 6–10 раз превышает прочность высокопрочной стали. При этом материал выдерживал до 15% пластической деформации при сжатии при комнатной температуре — редкое сочетание для интерметаллидов.

Для анализа поведения материала использовалось механическое тестирование в сканирующем электронном микроскопе, что позволяет наблюдать за деформацией в реальном времени на микроскопическом уровне. Кроме того, молекулярное моделирование показало, как интерфейсы переходят в кристаллическое состояние и инициируют движение дислокаций.

Авторы исследования подчеркивают, что данный подход может быть применён и к другим интерметаллическим системам. Эта технология может открыть новые перспективы для разработки конструкционных материалов для авиации, энергетики и космической техники, где одновременно требуются высокая прочность и способность материала не разрушаться под нагрузкой.