Исследователи из Йельского университета использовали деформацию для предотвращения возврата расплавленного металла в исходное состояние, в результате чего получается очень прочное и пластичное металлическое стекло, сообщает портал phys.org.
Металлические стекла – материалы, обладающие прочностью как металл, но поддающиеся формованию, как пластик, – разрабатываются для широкого спектра применений. Однако контроль образования металлических стекол и их результирующих свойств в объемной форме остается в стадии разработки. Исследование, проведенное Родриго Мигелем Охедой Мота и Этеном Лундом, аспирантами лаборатории Шрерса в Йельском университете, недавно было опубликовано в Communications Materials. В обычном методе создания металлических стекол начальный состав плавится, а затем очень быстро охлаждается, прежде чем его атомы смогут перестроиться в свое исходное кристаллическое состояние. Этот беспорядок атомов – вот что придает металлическим стеклам сочетание прочности и пластичности. Однако этот процесс работает только с очень маленькими образцами, в которых может быть достигнута достаточно высокая скорость охлаждения.
«Таким образом, ограничение состоит в том, что вы никогда не сможете сделать из этого что-то действительно полезное, например, корпус мобильного телефона, или снаряжение, или топливный бак для спутника», – сказал Шроерс. Исследователи попробовали другой подход, используя деформацию, чтобы не дать материалу вернуться к своей исходной атомной структуре. После нагрева материала – в данном случае сплава Zr44Ti11Ni10Cu10Be25 – до температуры, которая приводит к его переходу в стекло, они позволяют небольшому весу тянуть материал вниз во время стадии охлаждения. По сути, это битва между тенденцией материала расслабляться до кристаллической атомной структуры и механической деформацией, которая удерживает атомы в беспорядке. При охлаждении материал застывает в виде металлического стекла. Весь процесс занимает несколько секунд.
«Вытягивая этот материал при высокой температуре, мы расширяем атомы внутри металла», – сказал Лунд. «Пока он остывает, мы замораживаем его в этом состоянии». Этот процесс дает ученым возможность значительно улучшить механические свойства металлов и использовать их для создания сложных форм. Охеда говорит, что следующий шаг – попробовать эту идею в различных процессах. «Нас не интересуют проволоки, но мы будем работать над включением пластической деформации в формование с раздувом», – сказал он. «Это позволило бы нам изготавливать большинство форм из нового очень высокопрочного и пластичного материала».
