Usonaj sciencistoj malkovras, ke la plej alta fortika alojo ankoraŭ havas altnivelan rendimenton en ekstrema malvarmo

La Berkeley Nacia Laboratorio en Usono malkovris ke alojo kunmetita de kromo, kobalto, kaj nikelo estas la plej malmola materialo kun la plej fraktur-rezistemaj trajtoj. La bildo montras la nanoskalan frakturvojon kaj akompanantan kristalstrukturan deformadon de CrCoNi alojo dum la strestesto de 20 Kelvinoj. Fendoj disetendiĝas de maldekstre dekstren

Kun la kreskanta postulo je homa esplorado de spaco kaj ekstremaj regionoj, homoj komencis serĉi metalmaterialojn kiuj povas esti uzitaj ĉe malaltaj temperaturoj. La Nacia Laboratorio de Usono malkovris alojon kunmetitan de kromo, kobalto kaj nikelo, kiu povas konservi ekstreme altan fortikecon ĉe ekstreme malaltaj temperaturoj kaj estas nuntempe la plej dura alojo en la mondo.

Lawrence Berkeley National Laboratory kaj Oak Ridge National Laboratory en Usono kune skribis la rezultojn de ĉi tiu eksperimento en artikolon, kiu estos publikigita en la revuo Science en decembro 2022. Ĉi tiu esplorado estis subtenata de la Oficejo pri Scienco de la Usona Departemento de Energio.

Sciencistoj studas alojajn metalojn faritajn el "kromo, kobalto kaj nikelo" kaj "kromo, mangano, fero, kobalto kaj nikelo" en egalaj proporcioj, kaj testas siajn frakturfortajn valorojn. Oni observas, ke "kroma mangana fera kobalta nikelo" kaj "kromaj frakturfortaj valoroj de "kobalto-nikela" alojo je minus 253.15 °C estas 262 kaj 459 MPa-kvadrataj radikaj metroj, respektive.

Krome, oni trovis per eksperimentoj ke la "Kromo-Kobalto-Nikel” alojo elmontris fendetkreskan fortikecon superantan 540 MPa-kvadratajn radikmetrojn post stabila fendeto de 2.25 mm. La supraj valoroj reprezentas, ke la alojo havas la plej altan fortikecon en la mondo. Sciencistoj ankaŭ trovis, ke la deformado de la metalo ĉe malaltaj temperaturoj kaj la deforma strukturo ĉe altaj temperaturoj havas tute malsamajn rezultojn.

Ĉi tiu alojo estas ne nur ekstreme muldebla, sed ankaŭ ege modlebla, kaj samtempe tre forta (preskaŭ konstante imuna al deformado). Krome, la alojo havas tre specialan posedaĵon, ĝia forto kaj ductileco pliiĝos kiam la temperaturo malpliiĝas, kio estas la malo de la propraĵoj de la plej multaj materialoj en la mondo.

Alojo farita el kromo, kobalto, kaj nikelo, kiu apartenas al la speco de alt-entropia alojo, kiu estas diferenca de aliaj ĝeneralaj alojoj. La diferenco estas, ke aliaj alojoj konsistos el alta proporcio de unu metalo (ekzemple, fero, oro, arĝento aŭ kupro, ktp.) kaj malgrandaj kvantoj de aliaj elementoj aŭ metaloj (ekzemple, neoksidebla ŝtalo, 18K oro, ktp.) .), sed HEA-tipaj alojoj, Ĝi estas farita per miksado de ĉiu elemento en preskaŭ egalaj proporcioj.

Tiuj alojoj, en kiuj egalaj kvantoj de ĉiu elemento estas miksitaj, ŝajnas doti la materialon per tre alta "forto" kaj "dukleco" kombinita en la "fortecon" de metalo kiam streĉite.

Ili trovis ke tiuj alojoj ne havis kompleksan mikrostrukturon kiam premo estis aplikita ĉe ĉambra temperaturo, sed kiam premo estis aplikita ĉe ekstreme malaltaj temperaturoj, la mikrostrukturo komencis iĝi kompleksa. La kristaliĝo en la alojo ŝanĝiĝos de rondaj grajnoj al strioj, kun forta tendenco de ebena deformado, kaj fine, formos amason da kruckrucitaj deformaj bendoj. Tial, estas konjektite ke tiuj ŝanĝoj permesas al la aloja metalo plifortigi sian fortecon.

"Origine la metalaj atomoj en ĉi tiu alojo estis glataj kaj simplaj grajnoj, sed ĉe malalta temperatura premo, ili aperas Kiam ĝi deformas, ĝi komencas havi multajn obstaklojn ene, kio donas al ĝi frakturfortecvaloron kiu multe superas tiun de la plej multaj. materialoj."

Andrew Jr., direktoro de la Centro por Elektrona Mikroskopio de la laboratorio, aldonis: "Kiam metalo deformas, ĝia strukturo fariĝas tre kompleksa, kaj ĉi tiu transformo helpas klarigi kial ĝi elmontras ĉi tiun reziston al frakturo."

Krome, profesoro Rich ankaŭ diris: "Ĉi tiu materialo havas frakturfortecon valoron ĝis 500 MPa-kvadrataj radikaj metroj ĉe la temperaturo de likva heliumo (-253.15 ° C)."

Profesoro Rich klarigis: "Se en la sama unuo, la fraktura fortikeco de peco da silicio estas 1 M MPa-kvadrata radika metro, la frakturforteco-valoro de la aluminialojo-fuzelaĝo uzata en pasaĝeraviadiloj estas 35 MPa-kvadrata radika metroj, kaj la plej bonaj ŝtalaj frakturoj Kun fortikecvaloro de 100 MPa-kvadrataj radikaj metroj, la valoro elmontrita de ĉi tiu alojo estas sufiĉe miriga."

Tamen, profesoro Ritchie diris, ke kvankam la nuna evoluo estas ekscita, ankoraŭ estas tro frue por esti praktika. "Ni bezonas pli da tempo por pli bone kompreni la ecojn de ĉi tiu materialo por ke ni povu meti ĝin en praktikajn aplikojn estontece, kaj eviti akcidentojn kiujn homoj ne volas vidi kiam homoj uzas ĝin."

La redakcio raportis ke Georgo kaj Ritchie, profesoroj pri inĝenieristiko ĉe Oak Ridge Nacia Laboratorio, komencis esplori alojoj de kromo-kobalto-nikelo antaŭ jardeko, kombinante la metalon kun mangano kaj fer-enhava kromo-manganezo-fero-kobalta nikela alojo.

Kiam ili metis la materialon ĉe la temperaturo de likva nitrogeno (-196 °C) por observi la ŝanĝojn en la metalo, ili trovis, ke la alojo havis imponajn fortikecon kaj forton. Por testi diversajn specimenojn ĉe ĉi tiu malvarma temperaturo, ili bezonis 10 jarojn por trovi ĉiajn dungitojn kaj ilojn, kaj finfine venis al la eksperimentaj rezultoj.