В США сделали пластичный интерметаллид прочнее стали в 6—10 раз
Инженеры Университета Пердью сообщили, что получили интерметаллический сплав CoAl, который при комнатной температуре сочетает свойства, обычно конфликтующие друг с другом: очень высокую прочность и заметную пластичность. В испытаниях материал показал предел текучести около 6 ГПа и выдержал до 15% пластической деформации при сжатии. Для интерметаллидов, которые чаще трескаются раньше, чем успевают деформироваться, это нетипичный результат.
Интерметаллиды ценят за жаропрочность и устойчивость к ползучести, поэтому такие материалы давно рассматривают для турбин, авиационных двигателей и энергетики. Проблема в том, что при комнатной температуре многие из них остаются хрупкими. CoAl относится к тому же классу B2-интерметаллидов, что и NiAl с FeAl, и именно нехватка подвижных дислокаций обычно мешает использовать такие соединения как полноценные конструкционные материалы.
Команда Пердью решила эту задачу не подбором нового состава, а настройкой структуры. Учёные сформировали материал магнетронным напылением так, чтобы между слоями появился «каркас аморфных интерфейсов» или FAIs. Эти переходные границы частично сохраняют неупорядоченность, а при нагрузке перестраиваются и запускают образование дислокаций. За счёт этого сплав не только держит нагрузку, но и деформируется без мгновенного хрупкого разрушения.
Для проверки исследователи использовали механические испытания прямо в сканирующем электронном микроскопе и сопоставили их с молекулярным моделированием. Такой набор методов позволил увидеть, как интерфейсы переходят в кристаллическое состояние и как после этого начинается движение дефектов решётки. По меркам конструкционных материалов 6 ГПа выглядит очень высоким уровнем: у большинства высокопрочных сталей предел текучести лежит в диапазоне примерно 1—2 ГПа, а сочетание такой прочности с двузначной пластичностью встречается редко.
Практический вопрос теперь в масштабировании. Магнетронное напыление хорошо подходит для тонких слоёв и покрытий, а перевод такого механизма в объёмные детали сложнее и дороже. Если подход удастся перенести на другие интерметаллиды, выиграть могут авиация, космическая техника и энергетика. Рынок здесь большой: только сегмент материалов для аэрокосмических конструкций и двигателей измеряется десятками миллиардов долларов, а снижение массы и рост рабочих температур остаются для него двумя прямыми источниками экономии топлива.
