Многие металлы на сильном холоде становятся хрупкими, как стекло: от удара они не гнутся, а трескаются. Международная группа исследователей описала в журнале Nature два сплава на основе ниобия и титана, которые сохранили трещиностойкость даже при 20 кельвинах, то есть примерно при минус 253 °C. Охрупчивания в испытаниях не было видно вовсе.
Почему это удивительно
Эти сплавы относятся к металлам с объёмноцентрированной кубической кристаллической решёткой. На холоде им обычно трудно деформироваться, потому что движущиеся внутри металла дефекты — дислокации — застревают. По словам профессора Оксфордского университета Дун Лю, такой переход к хрупкости считался принципиальным ограничением подобных металлов.
Что происходит в сплаве
В новых сплавах существующие дефекты тоже движутся меньше, но происходит другое. Внутри металла образуются нанодвойники, а кристаллическая структура местами меняется. Напряжение, концентрирующееся на границах зёрен, порождает новые дислокации, и металл может продолжать растягиваться, а не разрушаться. По словам ведущего автора исследования Дэвида Кука, предел хрупкости, возможно, определяется способностью создавать новые дефекты не меньше, чем движением существующих.
Как проводились испытания
Образцы охлаждали газообразным гелием и испытывали под нейтронным пучком на установке ISIS в Великобритании. Затем их исследовали с помощью электронной микроскопии, атомного зонда и компьютерных моделей. В исследовании участвовали, в частности, UC Berkeley, Национальная лаборатория имени Лоуренса в Беркли, Оксфордский и Бристольский университеты.
Что пока неясно
Сплавы экспериментальные. Исследование не касается их стоимости, массового производства и испытаний в реальном оборудовании. Однако, по словам авторов, эти принципы могут помочь создавать материалы для работы в холоде в энергетике, транспорте и авиации.
