Elképesztő szuperötvözetet hoztak létre

A Science Advances folyóiratban megjelent tanulmány szerint a kutatók olyan kobalt-alumínium (CoAl) alapú intermetallikus anyagot hoztak létre, amely egyszerre rendelkezik kiemelkedő szilárdsággal és jelentős alakíthatósággal.

Az intermetallikus anyagok két vagy több fémelem rendezett kristályszerkezetéből állnak. Különleges atomrendeződésük miatt rendkívül erősek, magas olvadásponttal rendelkeznek, és jól ellenállnak az úgynevezett kúszásnak – vagyis annak a lassú alakváltozásnak, amely hosszú ideig tartó hő- és mechanikai terhelés alatt következik be.

E tulajdonságaik miatt fontos szerepet kaphatnak a jövő technológiáiban, például repülőgépmotorokban, gázturbinákban, energiatároló rendszerekben és nagy teljesítményű járműalkatrészekben. Eddig azonban egy komoly hátrányuk volt: általában nagyon törékenyek.

A rideg fémötvözetből alakítható anyag lett

A Purdue Egyetem mérnökei Xinghang Zhang professzor vezetésével új megközelítést alkalmaztak. Ahelyett, hogy az anyag összetételét változtatták volna meg, annak belső szerkezetét alakították át nanométeres léptékben.

A kutatók úgynevezett amorf határfelületi hálózatot (framework of amorphous interfaces) hoztak létre az anyagban. Ezek olyan rugalmas belső határok, amelyek kezdetben nem rendelkeznek szabályos kristályszerkezettel, de az anyag deformációja során részben kristályosodnak, és elősegítik apró szerkezeti eltérések, úgynevezett diszlokációk kialakulását.

A diszlokációk elsőre hibának tűnhetnek, valójában azonban kulcsszerepet játszanak a fémek alakíthatóságában. Lehetővé teszik, hogy az anyag nagy terhelés alatt inkább deformálódjon, mintsem hirtelen eltörjön.

„Közvetlenül vezettünk be diszlokációkat a CoAl anyagba a gyártás során, és emellett olyan belső szerkezetet alakítottunk ki, amely elősegíti ezek kialakulását”

– mondta Zhang.

Akár tízszer erősebb lehet, mint a szerkezeti acél

A kísérletek szerint az új CoAl nanoréteges anyag rendkívüli mechanikai tulajdonságokat mutatott. Folyáshatára elérte a 6 gigapaszkált (GPa), ami körülbelül hatszor-tízszer nagyobb érték, mint a nagy szilárdságú szerkezeti acéloké.

A folyáshatár azt mutatja meg, mekkora terhelést képes elviselni egy anyag még azelőtt, hogy tartós alakváltozás következne be.

A kiemelkedő szilárdság mellett az új ötvözet 15 százalékos képlékeny alakváltozásra is képes volt szobahőmérsékleten. Ez azért jelentős eredmény, mert a korábbi intermetallikus anyagok általában erősek voltak ugyan, de könnyen eltörtek.

A kutatók szerint az új anyag különösen ígéretes lehet a következő generációs gázturbinák és repülőgépmotorok számára. A nagyobb szilárdság és alakíthatóság lehetővé teheti, hogy a motorok gyorsabban forogjanak, nagyobb erőhatásokat viseljenek el, és ezáltal hatékonyabban működjenek.

A felfedezés egy új irányt nyithat az anyagtudományban: a jövőben nem feltétlenül új ötvözetek létrehozásával, hanem az anyagok belső szerkezetének célzott átalakításával készülhetnek a korábbinál erősebb és tartósabb mérnöki anyagok.

Kép: magnific (AI)