Pri mínus 250 stupňoch Celzia sa vlastnosti zliatiny vôbec nezmenia a to ju predurčuje k priam neobmedzenému využitiu.
Zliatina CrCoNi pod mikroskopom. Autor: Robert Ritchie/Berkeley Lab
Výskumníci z Bristolskej univerzity a Laboratória Berkeley objavili zliatinu, ktorej vlastnostiam sa nevyrovná žiadny iný materiál na Zemi.
Najpevnejším materiálom sa najnovšie stala zliatina chrómu, kobaltu a niklu (CrCoNi). Kov veľmi dobre odoláva deformáciám, je extrémne ťažký (kujný) a pevný. Pri nízkych teplotách sa všetky tieto vlastnosti ešte zosilňujú. Pri väčšine ostatných existujúcich materiálov je to skôr naopak.
„Niečo podobné sa stalo s loďami počas druhej svetovej vojny alebo s Titanicom, keď vplyvom studenej vody zliatina stratila svoje vlastnosti,“ vysvetlil Dong Liu, hlavný autor štúdie.
Ľudia si často zamieňajú tvrdosť za pevnosť (odolnosť). Keď si do Googlu zadáte, ktorý materiál je najtvrdší na svete, vyskočí vám diamant.
Zliatina CrCoNi pri 20 °C (293 K, Kelvinov) a pri –250 °C (20 K) . Zdroj: Bristol University
Ako sa dá jedinečná zliatina využiť?
Nová zliatina je stokrát pevnejšia ako grafén, ktorý je dvestokrát tvrdší ako oceľ a tisíckrát ľahší ako papier. Správanie tejto kombinácie kovov je spôsobené fázovou transformáciou, ktorá v kombinácii s inými mechanizmami na nanočasticovej úrovni zabraňuje tvorbe a šíreniu trhlín.
Pri mínus 250 stupňoch Celzia sa pevnosť a odolnosť zliatiny vôbec nezmení (nezhorší) a práve to je jej najdôležitejšou vlastnosťou, ktorá ju predurčuje na využitie v oblasti konštrukcií alebo nosných komponentov. Vedci predpokladajú, že pomôcť môže aj pri výrobe nástrojov do vesmíru, kde panujú omnoho nižšie teploty ako na Zemi. Jediným problémom môže byť cena niklu a kobaltu, oba prvky sú totiž veľmi drahé.
Jej štruktúra je pritom úplne jednoduchá
Novú zliatinu vedci vyvíjali vyše dekády a úspešné výsledky publikovali v časopise Science. Patrí do triedy kovov nazývaných zliatiny s vysokou entropiou, ktoré uchvátili výskumníkov približne pred 20 rokmi. Na rozdiel od iných zliatin sú vyrobené z rovnakého podielu viacerých prvkov a vyvážená kombinácia je kľúčom k ich dokonalým vlastnostiam.
Obyčajné zliatiny pozostávajú prevažne z jedného prvku, ku ktorému sa pridáva malé množstvo ďalšieho. Na otestovanie zliatin s vysokou entropiou v extrémnych podmienkach je potrebná vyspelá technológia, ktorá v tom čase ešte nebola dostupná. Ich plnú silu, limity a vlastnosti vieme preto skúmať až teraz. Okrem CrCoNi začali vedci experimentovať aj s ďalšou zliatinou, ktorá obsahuje mangán a železo (CrMnFeCoNi).
„Naša práca môže zmeniť spôsob, ako uvažujeme o vlastnostiach kovov. Metalurgovia tvrdia, že štruktúra materiálu určuje jeho vlastnosti, no neplatí to vždy. CrCoNi má najjednoduchšiu štruktúru, akú si viete predstaviť. Ak však materiál deformujete, stane sa veľmi komplikovaným a získava tým aj odolnosť proti poškodeniu,“ vysvetlil Robert Ritchie.
Neočakávanú transformáciu sa im podarilo vizualizovať vďaka vývoju rýchlych elektrónových detektorov v elektrónových mikroskopoch, ktoré vedcom umožnili rozlišovať rôzne typy kryštálov a kvantifikovať defekty v nich s rozlíšením jedného nanometra – šírky len niekoľko atómov.
Zdroj: Bristol University, Berkeley Lab, Lethbridgenewsnow
(JM)
