slitina niklu

Američtí vědci zjistili, že slitina s nejvyšší houževnatostí má stále ultra vysoký výkon v extrémních mrazech

Berkeley National Laboratory ve Spojených státech amerických zjistila, že slitina složená z chrómu, kobaltu a niklu je nejtvrdším materiálem s vlastnostmi nejvíce odolnými proti lomu. Obrázek ukazuje cestu lomu v nanoměřítku a doprovodnou deformaci krystalové struktury slitina CrCoNi během zátěžového testu 20 Kelvinů. Trhliny se rozšiřují zleva doprava

S rostoucí poptávkou po lidském průzkumu vesmíru a extrémních oblastí lidé začali hledat kovové materiály, které lze použít při nízkých teplotách. Národní laboratoř Spojených států amerických objevila slitinu složenou z chrómu, kobaltu a niklu, která si dokáže udržet extrémně vysokou houževnatost při extrémně nízkých teplotách a je v současnosti nejhouževnatější slitinou na světě.

Lawrence Berkeley National Laboratory a Oak Ridge National Laboratory ve Spojených státech společně sepsaly výsledky tohoto experimentu do článku, který bude publikován v časopise Science v prosinci 2022. Tento výzkum byl podpořen Úřadem vědy amerického ministerstva energetiky.

Vědci studují slitinové kovy vyrobené z „chrómu, kobaltu a niklu“ a „chrómu, manganu, železa, kobaltu a niklu“ ve stejných poměrech a testují jejich hodnoty lomové houževnatosti. Bylo pozorováno, že hodnoty „chrom mangan železo kobalt nikl“ a „chromová lomová houževnatost slitiny „kobalt-nikl“ při minus 253.15 °C jsou 262 a 459 MPa-mXNUMX.

Kromě toho bylo pomocí experimentů zjištěno, že „Chrom-kobalt-niklslitina vykazovala houževnatost při růstu trhlin přesahující 540 MPa metrů čtverečních po stabilní trhlině 2.25 mm. Výše uvedené hodnoty představují, že slitina má nejvyšší houževnatost na světě. Vědci také zjistili, že deformace kovu při nízkých teplotách a deformační struktura při vysokých teplotách mají zcela odlišné výsledky.

Tato slitina je nejen extrémně tažná, ale také extrémně tvárná, a přitom velmi pevná (téměř trvale odolná vůči deformaci). Slitina má navíc velmi zvláštní vlastnost, její pevnost a tažnost se bude s klesající teplotou zvyšovat, což je opak vlastností většiny materiálů na světě.

Slitina vyrobená z chrómu, kobaltu a nikl, která patří k typu vysokoentropické slitiny, která se liší od ostatních obecných slitin. Rozdíl je v tom, že jiné slitiny se budou skládat z vysokého podílu jednoho kovu (například železo, zlato, stříbro nebo měď atd.) a malého množství jiných prvků nebo kovů (například nerezová ocel, 18K zlato atd.). .), ale slitiny typu HEA, Vyrábí se smícháním každého prvku v téměř stejných poměrech.

Zdá se, že tyto slitiny, ve kterých jsou smíchána stejná množství každého prvku, dodávají materiálu velmi vysokou „pevnost“ a „tažnost“ kombinovanou s „houževnatostí“ kovu při namáhání.

Zjistili, že tyto slitiny nemají složitou mikrostrukturu, když byl aplikován tlak při pokojové teplotě, ale když byl tlak aplikován při extrémně nízkých teplotách, mikrostruktura se začala stávat složitou. Krystalizace ve slitině se změní z kulatých zrn na proužky se silnou tendencí k rovinné deformaci a nakonec vytvoří shluk křížově křížových deformačních pásů. Proto se spekuluje, že tyto změny umožňují slitinovému kovu zvýšit jeho houževnatost.

„Původně byly atomy kovu v této slitině hladká a jednoduchá zrna, ale při nízkém tlaku se objevují. Když se deformuje, začne mít uvnitř mnoho překážek, což jí dává hodnotu lomové houževnatosti, která daleko převyšuje hodnotu většiny ostatních. materiály.”

Andrew Jr., ředitel laboratorního Centra pro elektronovou mikroskopii, dodal: „Když se kov deformuje, jeho struktura se stává velmi složitou a tato transformace pomáhá vysvětlit, proč vykazuje takovou odolnost vůči lomu.“

Kromě toho profesor Rich také řekl: „Tento materiál má hodnotu lomové houževnatosti až 500 MPa metrů čtverečních při teplotě kapalného helia (-253.15 °C).

Profesor Rich vysvětlil: „Jestliže ve stejné jednotce je hodnota lomové houževnatosti kusu křemíku 1 M MPa metr čtvereční odmocniny, hodnota lomové houževnatosti trupu z hliníkové slitiny používaného v osobních letadlech je 35 MPa metrů čtverečních, a nejlepší lomy oceli S hodnotou houževnatosti 100 MPa metrů čtverečních je hodnota, kterou tato slitina vykazuje, docela ohromující.“

Profesor Ritchie však řekl, že i když je současný vývoj vzrušující, je ještě příliš brzy na to, aby byl praktický. "Potřebujeme více času, abychom lépe porozuměli vlastnostem tohoto materiálu, abychom jej mohli v budoucnu uplatnit v praktických aplikacích a vyhnuli se nehodám, které lidé nechtějí vidět, když jej lidé používají."

Redakce uvedla, že George a Ritchie, profesoři inženýrství v Oak Ridge National Laboratory, začali zkoumat slitiny chrom-kobalt-nikl před deseti lety kombinováním kovu s manganem a slitinou chrom-mangan-železo-kobalt a nikl obsahující železo.

Když dali materiál na teplotu kapalného dusíku (-196 °C), aby pozorovali změny v kovu, zjistili, že slitina má působivou houževnatost a pevnost. Aby bylo možné otestovat různé vzorky při této nízké teplotě, trvalo jim 10 let, než našli všechny druhy personálu a nástrojů, a nakonec dospěli k experimentálním výsledkům.