Jauns sakausējums pretendē uz pasaulē izturīgākā materiāla titulu

Decembra sākumā izdevumā "Science" publicēta atskaite par eksperimentu, kurā Kalifornijas Universitātes pētnieki pētījuši hroma-kobalta-niķeļa sakausējuma fizikālās īpašības. Tas izrādījies pat 100 reižu noturīgāks pret plaisāšanu par brīnummateriālu grafēnu. Turklāt – jo zemāka temperatūra, jo labākas šī materiāla īpašības, pretstatā daudziem citiem metāla sakausējumiem, kas salā kļūst trauslāki.

"Cilvēki parasti runā par grafēna lieliskajām īpašībām," bilst pētījuma līdzautors Roberts Ričijs, inženierzinātņu profesors Kalifornijas Universitātē. Taču, ja salīdzina ar šo sakausējumu, grafēns ir īsts vārgulis. "Aviācijā izmantoto alumīnija sakausējumu izturība pret lūzumiem ir apmēram 35 MPa√m. Šim materiālam tie ir 450 līdz 500 MPa√m, tie ir prātam neaptverami rādītāji," profesora teiktais citēts Kalifornijas Universitātes paspārnē esošās laboratorijas tīmekļa vietnē.

Viens no metāla sakausējumu mehāniskās īpašības raksturojošiem lielumiem ir kaļamība jeb tas, cik labi sakausējums ļaujas apstrādei ar spiedienu un cik labi pieņem jaunu formu siltuma vai spiedes iedarbībā. Paaugstinoties temperatūrai, pieaug arī metālu spēja deformēties, savukārt zemākā temperatūrā tie ir kļūst trauslāki un spiedes, lieces, stiepes vai cita veida deformācijas rezultātā plaisā un lūst.

Taču šim sakausējumam ir izcili kaļamības rādītāji ļoti zemā temperatūrā. Eksperimentā pētnieki jaunā materiāla paraugu deformēja gan mīnus 196 grādu, gan mīnus 253 grādu pēc Celsija zemā temperatūrā. Otrajā gadījumā tie ir vien pārdesmit grādi virs absolūtās nulles. Izmantojot neitronu difrakcijas metodi, procesa laikā tika vērots, kā deformācija izmaina materiāla struktūru. Eksperiments pierādīja, ka grafēns šim sakausējumam netur līdzi.

^{Foto: Robert Ritchie/Berkeley Lab}

Turklāt grafēna teicamās īpašības ir vien ļoti mazos mērogos – runa ir par nanometriem. Savukārt hroma, kobalta un niķeļa sakausējums, kuru eksperimentā izmantoja pētnieki, bija apmēram parasta ziepju gabala izmērā. Attiecīgi materiāla īpašības ir teicamas arī ikdienas objektu mērogā.

Tādējādi šim materiālam nākotnē ir daudz potenciālo pielietojumu. Piemēram, kosmosa tehnoloģijās, kur ļoti svarīgi, lai materiāli saglabā savas īpašības arī ekstrēmos apstākļos, piemēram, ļoti zemā vai ļoti augstā temperatūrā. Tiesa, divi no trim savienojumā izmantotajiem materiāliem – niķelis un kobalts – ir visnotaļ dārgi. "Taču periodiskajā tabulā ir 50 lietojami elementi. Paņemam kombināciju no trim, pieciem vai septiņiem, un mums ir potenciāls radīt miljoniem jaunu sakausējumu," jaunas un lētākas alternatīvas iedrošina izstrādāt Ričijs.