Vědci vytvořili materiál 10x pevnější než ocel, který se ohýbá: Klíč k výkonnějším motorům

Inženýři z Purdue University dosáhli významného průlomu v materiálovém inženýrství, když vyvinuli způsob, jak současně dosáhnout vysoké pevnosti a plasticity u intermetalických slitin kobaltu a hliníku (CoAl) při pokojové teplotě.

Inženýři z Purdue University dosáhli významného průlomu v materiálovém inženýrství, když vyvinuli způsob, jak současně dosáhnout vysoké pevnosti a plasticity u intermetalických slitin kobaltu a hliníku (CoAl) při pokojové teplotě. Tyto slitiny, které se skládají ze dvou nebo více kovových prvků v uspořádané krystalové struktuře, jsou klíčové pro náročné aplikace, jako jsou tryskové motory, plynové turbíny, systémy pro ukládání energie a automobilové systémy. Jejich pozoruhodná pevnost, vysoké teploty tání a vynikající odolnost proti tečení je činí nepostradatelnými pro konstrukční použití v extrémních prostředích.

Běžné intermetalické slitiny CoAl jsou však velmi křehké, zejména při pokojové teplotě, což omezuje jejich zpracování a použití v průmyslových produktech. Zlepšená plasticita by umožnila inženýrům navrhovat složitější struktury pro motorové aplikace a zvýšit výkon motorů nebo turbín, které by mohly otáčet rychleji a odolávat vyšším odstředivým silám. Tým pod vedením profesora Xinghanga Zhanga a postdoktoranda Ke Xu demonstroval, že CoAl může vykazovat značnou plasticitu při pokojové teplotě, což představuje nový přístup ke zlepšení jeho deformační schopnosti.

K dosažení tohoto výsledku vědci přímo zavedli dislokace – mikroskopické nepravidelnosti v atomové struktuře – do CoAl během procesu nanášení rozprašováním. Důležitější je, že navrhli „rámec amorfních rozhraní“ (FAI), což jsou flexibilní hranice v materiálech, které se během deformace částečně krystalizují a podporují vznik dislokací v intermetalických slitinách CoAl. Tento nerovnovážný výrobní přístup, magnetronové naprašování, se liší od tradiční metody odlévání kovů a umožňuje vytvářet materiály z par slitiny do pevné látky, čímž se zavádí značné množství dislokací.

Výsledný intermetalický materiál je ultra pevný, s mezí kluzu přesahující 6 GPa (gigapascalů), což je šest až desetkrát více než u vysokopevnostní konstrukční oceli. Zároveň prokázal schopnost vydržet 15% plastickou deformaci v tlaku při pokojové teplotě. Tato kombinace ultra vysoké mechanické pevnosti a vynikající plasticity činí ze současného nanolaminátového systému CoAl jeden z nejlepších dosud hlášených intermetalických systémů. Vědci nyní plánují implementovat tento koncept pro výrobu objemových CoAl nanokompozitů pro průmyslové aplikace a testovat jej u jiných intermetalických slitin, aby potvrdili obecnou použitelnost FAI pro zlepšení plasticity. Tento výzkum má zásadní význam pro pokročilé technologické oblasti, neboť tvárné intermetalické slitiny výrazně posílí možnosti navrhování pokročilých materiálů pro letectví, vesmír, energetiku a obranné aplikace.