Vreme čitanja: oko 3 min.
Ova legura je uvrnuta: Ne puca ni na ekstremno niskim, ni na visokim temperaturama
Vreme čitanja: oko 3 min.
Istraživači su otkrili izuzetnu metalnu leguru koja neće pući na ekstremnim temperaturama zbog uvrtanja ili savijanja kristala na atomskom nivou.
Za razliku od većine materijala, nova legura zadržava svoj oblik i ne puca ni na niskim ni na visokim ekstremnim temperaturama, što je čini potencijalno pogodnom za zahtevne primene kao u visokoefikasnim aerokosmičkim motorima.
Metalna legura sastavljena od niobijuma, tantala, titanijuma i hafnijuma zapanjila je naučnike impresivnom snagom i čvrstinom na ekstremno vrelim i hladnim temperaturama, što je kombinacija odlika koja se dosad činila skoro nemogućom, piše Science Daily.
Preporučujemo
Koja stvar na Zemlji je najbrža?
„Šta ako smo mi jedina inteligentna bića u galaksiji?“ Brajan Koks nastupio u Beogradu
U ovom kontekstu, snaga je definisana količinom sile koju neki materijal može podneti pre nego što bude trajno deformisan, a čvrstina je otpornost a lomljenje. Otpornost legure na savijanje i lomljenje u velikom nizu uslova može otvoriti vrata novoj klasi materijala za motore sledeće generacije sa većom efikasnošću.
Naučnici su otkrili kako iznenađujuća svojstva legure proizilaze iz interakcija u atomskoj strukturi.
„Efikasnost pretvaranja toplote u struju ili potisak određena je temperaturom na kojoj gorivo sagoreva – što vrelije to bolje. Međutim, operativna temperatura je ograničena materijalom koji mora da je izdrži“, kažu naučnici sa Kalifornijskog univerziteta u Berkliju.
„Istrošili smo mogućnost optimizacije materijala koje trenutno koristimo na visokim temperaturama i postoji velika potreba za novim metalnim materijalima“.
Većina metala u komercijalnim ili industrijskim primenama su legure sastavljene od jednog glavnog metala pomešanog sa malim količinama drugih elemenata. Međutim, refraktarne legure su napravljene spajanjem skoro jednakih količina metalnih elemenata sa veoma visokim temperaturama topljenja, što im daje jedinstvene osobine koje naučnici još odgonetaju.
Ranije je otkriveno da su ove legure vrlo snažne, ali da generalno imaju nisku otpornost na lomljenje. Ipak, legura Nb45Ta25Ti15Hf15 bila je više od 25 puta čvršća nego obične refraktarne legure na sobnoj temperaturi.
Međutim, motori ne rade na sobnoj temperaturi. Istraživači su otkrili da legura ima najveću snagu na hladnom i da postaje malo slabija dok temperatura raste, ali ostaje impresivno snažna. Otpornost na pucanje, koja se računa na osnovu sile potrebne za širenje neke postojeće pukotine, bila je visoka na svim temperaturama.
Otkrivanje atomskih aranžmana
Skoro sve metalne legure su kristalne, što znači da su atomi unutar materijala raspoređeni u ponavljajućim blokovima. Međutim, nijedan kristal nije savršen, svi imaju defekte. Najpoznatiji pokretni defekt naziva se dislokacija – nedovršena ravan atoma u kristalu.
Kad je na metal primenjena sila, to izaziva pomeranje mnogih dislokacija radi usklađivanja sa promenom oblika. Međutim, kretanje dislokacija postaje teže na nižim temperaturama i zbog toga mnogi materijali postaju lomljivi. Zato je čelični trup Titanika pukao prilikom udara u ledeni breg.
Elementi sa visokim temperaturama topljenja i njihove legure idu u krajnost – mnogi ostaju krti do čak 800 stepeni Celzijusovih. Nova legura, pak, nije takva – otporna je na frakture čak i na temperaturama niskim kao u slučaju tečnog azota (-196 stepeni).
Analiza transmisionim elektronskim mikroskopom (STEM) pokazala je da neobična čvrstina legure dolazi od neočekivanog sporednog efekta retkog defekta zvanog pojas uvrtanja. Takva uvrtanja se formiraju u kristalu kad primenjena sila izazove krah i naglo savijanje kristalnih traka. Pravac u kom se kristal savija u ovim trakama povećava silu koju dislokacije osećaju, olakšavajući njihovo kretanje. Ovaj fenomen čini materijal mekšim (manja sila je potrebna prilikom deformacije).
„Pokazujemo, prvi put, da se u prisustvu izražene pukotine između atoma pojasevi uvrtanja zapravo opiru širenju pukotine distribuirajući oštećenje dalje od nje, sprečavajući pucanje i dovodeći do izuzetno visoke izdržljivosti“, kažu naučnici.
(Telegraf Nauka/Science Daily)
Nauka Telegraf zadržava sva prava nad sadržajem. Za preuzimanje sadržaja pogledajte uputstva na stranici Uslovi korišćenja.
