Дослідники зі США розробили новий металевий сплав, який залишається надміцним і в’язким як за екстремально низьких, так і за високих температур. Вважається, що досягти цього незвичайного поєднання практично неможливо. Сплав, що складається з ніобію, танталу, титану і гафнію, ідеально підходить для використання у високоефективних аерокосмічних двигунах та інших технологічно складних галузях.
В основі більшості сплавів – один базовий метал, у розплав якого додано, як правило, невелику частину іншого металу або металів. Наприклад, звичайна сталь містить понад 99% заліза, а решта – вуглець. Однак новий сплав належить до класу тугоплавких високо-ентропійних сплавів (RHEA) або середньоентропійних сплавів (RMEA), які характеризуються майже рівним вмістом елементів із високими температурами плавлення, що надає їм унікальних властивостей.
Традиційно RHEA і RMEA відомі своєю міцністю, але мають низьку стійкість до руйнування, через що схильні до зламу під навантаженням. Однак новий сплав (Nb45Ta25Ti15Hf15) ламає ці стереотипи, маючи ударну в’язкість, яка в більш ніж 25 разів вища, ніж у типових RMEA за кімнатної температури.
Дослідники випробовували сплав за різних температур, аналізуючи його міцність і ударну в’язкість за -196°C (температура рідкого азоту), 25°C (кімнатна температура) і за кількох високих температур аж до 1200°C. Матеріал зберігав високу міцність і опір руйнуванню за всіх тестувань. Жоден інший сплав не має подібної міцності.
Команда дослідників і раніше працювала з RHEA і RMEA, тому спочатку не могла зрозуміти, чому новий матеріал настільки міцний. Виявилося, в цьому йому допомагав “дефект”: ударну в’язкість забезпечує смуга зламу. Щоб виявити це, вчені використали чотиривимірну скануючу трансмісійну електронну мікроскопію (4D-STEM) у Molecular Foundry лабораторії Берклі.
Девід Кук, аспірант Національної лабораторії Лоуренса в Берклі та перший автор дослідження, пояснив, що ефективність перетворення тепла на електрику або тягу залежить від температури згоряння палива, при цьому що вища температура, то краще. Однак, за його словами, робоча температура обмежується конструкційними матеріалами, здатними витримувати такі умови. Він зазначив, що можливості для подальшої оптимізації поточних матеріалів за високих температур вичерпано, і тому існує потреба в нових матеріалах, придатних насамперед для ракетобудування, що робить цей сплав особливо перспективним.