Исследование Университета штата Огайо: инженерные дефекты кристаллов упрочнили два сплава без изменения их химического состава

Группа исследователей под руководством учёных из Университета штата Огайо сообщает, что намеренно внесённые кристаллические дефекты, организованные в плотные упорядоченные сети, упрочнили два металлических сплава, не изменив их химического состава. Рецензируемое исследование было опубликовано в журнале Science на этой неделе, как сообщается в пресс-релизе университета. Среди соавторов — учёные из Университета Эрлангена-Нюрнберга в Германии и Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в Калифорнии.

Метод включает два этапа. Исследователи сначала деформировали кристаллы двух материалов на основе кобальта — никельсодержащего суперсплава и хромовольфрамового сплава — а затем медленно состарили материал при нагреве. В пресс-релизе говорится, что в результате внутри структуры образовались плотные атомарно тонкие элементы. В заголовке статьи, процитированном TechXplore, они описаны как упорядоченные двумерные дефектные фазы. С помощью просвечивающей электронной микроскопии в сочетании с компьютерным моделированием группа связала прирост прочности с расположением атомов вокруг этих дефектов, и в пресс-релизе отмечается, что изменение этого расположения может влиять на прочность материала.

Согласно пресс-релизу, процесс заметно повысил как напряжение, которое металлы могли выдерживать, так и их сопротивление медленной деформации, или ползучести, при высоких температурах. Ведущий автор Андреас Безольд, адъюнкт-ассистент-профессор материаловедения и инженерии в Университете штата Огайо, заявил, что результаты указывают на то, что слой инженерных дефектов может дополнить традиционное проектирование материалов. «Мы хотели сделать эти упрочняющие структуры сознательной частью проектирования материала», — сказал он. Работа основана на более ранних исследованиях Университета штата Огайо, показавших, что дефекты, образующиеся при деформации, могут становиться упрочняющими слоями; в пресс-релизе новый подход описывается как первый, позволивший ввести плотность дефектов, полностью обогащающую эти сплавы.

Соавтор Майкл Миллз, профессор материаловедения и инженерии в Университете штата Огайо, отметил, что хотя дефекты обычно ассоциируются с повреждениями, «правильные дефекты с правильной структурой и химией на самом деле могут сделать материал прочнее». В пресс-релизе говорится, что данный подход в перспективе может использоваться для производства высокопрочных сплавов для оборудования, работающего при высоких температурах, в качестве примеров называются авиационные турбинные двигатели и энергетическое оборудование, однако это преподносится как возможность будущего. Пока, говорится в релизе, вклад группы состоит в расширении принципов проектирования в инженерии.

Результаты получены в рамках одного рецензируемого исследования двух конкретных сплавов. В пресс-релизе не сообщается о промышленных испытаниях, испытаниях компонентов или количественных показателях прочности и не указаны сроки практического применения. Финансирование осуществлялось Министерством энергетики США и Национальным научным фондом при дополнительной поддержке Фонда Александра фон Гумбольдта и Центра электронной микроскопии и анализа Университета штата Огайо.