راهنماتو -آلیاژی از کروم، کبالت و نیکل به تازگی بالاترین چقرمگی شکست را در یک ماده روی زمین نشان داده است.
به گزارش راهنماتو ،این ماده دارای استحکام و انعطاف پذیری فوق العاده بالایی است که منجر به چیزی می شود که تیمی از دانشمندان آن را "تحمل آسیب فوق العاده" نامیده اند.
علاوه بر این (و به طور غیر مستقیم) این خواص با سردتر شدن مواد افزایش مییابد که پتانسیل جالبی را برای کاربرد در محیطهای برودتی شدید نشان میدهد. ایسو جورج، متالورژیست، میگوید : "هنگامی که مصالح ساختاری را طراحی میکنید، میخواهید محکم و در عین حال انعطافپذیر و مقاوم در برابر شکستگی باشند."
استحکام، شکل پذیری و چقرمگی سه ویژگی هستند که میزان دوام یک ماده را تعیین می کنند. Strength مقاومت در برابر تغییر شکل را توصیف می کند. و شکل پذیری چگونگی شکل پذیری یک ماده را توصیف می کند. این دو ویژگی به چقرمگی کلی آن کمک می کند: مقاومت در برابر شکست. چقرمگی شکست مقاومت در برابر شکست بیشتر در یک ماده از قبل شکسته است.
جورج و نویسنده ارشد همکار، مهندس مکانیک رابرت ریچی از آزمایشگاه ملی برکلی و دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، مدتی را صرف کار روی دسته ای از مواد به نام آلیاژهای با آنتروپی بالا یا HEA کرده اند. اکثر آلیاژها تحت سلطه یک عنصر هستند، با نسبت های کوچکی از سایر آلیاژها مخلوط شده اند. HEA ها حاوی عناصری هستند که به نسبت مساوی مخلوط شده اند.
یکی از مشتقات این آلیاژ، CrCoNi (کروم، کبالت و نیکل)، خواص استثنایی تری را نشان داد. آزمایشهای قبلی روی CrMnFeCoNi و CrCoNi در دمای نیتروژن مایع تا 77 کلوین (196- درجه سانتیگراد ، -321 درجه فارنهایت) انجام شده بود . این تیم آن را حتی بیشتر از این، به دمای هلیوم مایع رساند. نتایج فراتر از چشمگیر بود.
ریچی توضیح میدهد : «استقامت این ماده در نزدیکی دمای هلیوم مایع (20 کلوین، [-253 درجه سانتیگراد، -424 درجه فارنهایت] ) به اندازه 500 مگا پاسکال ریشه مربع است .
در همین واحدها، چقرمگی یک قطعه سیلیکون یک، بدنه آلومینیومی هواپیما در هواپیماهای مسافربری حدود 35 و چقرمگی برخی از بهترین فولادها حدود 100 است. بنابراین، 500، عدد خیره کننده ای است.
برای اینکه بفهمند چگونه کار میکند، این تیم از پراش نوترون، پراکندگی پسپراکنده الکترونی و میکروسکوپ الکترونی عبوری برای مطالعه CrCoNi تا سطح اتمی در دمای اتاق و در سرمای شدید استفاده کردند.
این فرایند شامل ترک خوردن مواد و اندازه گیری تنش لازم برای ایجاد شکستگی و سپس مشاهده ساختار کریستالی نمونه ها بود.اتم ها در فلزات در یک الگوی تکراری در فضای سه بعدی قرار گرفته اند. این الگو به عنوان شبکه کریستالی شناخته می شود. اجزای تکرار شونده در شبکه به عنوان سلول واحد شناخته می شوند.
گاهی اوقات مرزهایی بین سلول های واحد که تغییر شکل داده اند و سلول هایی که تغییر شکل نمی دهند ایجاد می شود. این مرزها نابجایی نامیده می شوند و وقتی به فلز نیرو وارد می شود، حرکت می کنند و به فلز اجازه می دهند شکل خود را تغییر دهد. هرچه یک فلز نابجایی بیشتری داشته باشد، انعطاف پذیری آن بیشتر است.
بی نظمی در فلز می تواند مانع از حرکت دررفتگی ها شود. این چیزی است که یک ماده را قوی می کند. اما اگر دررفتگی ها مسدود شوند، به جای تغییر شکل، یک ماده می تواند ترک بخورد، بنابراین استحکام بالا اغلب می تواند به معنای شکنندگی بالا باشد. در CrCoNi، محققان یک توالی خاص از سه بلوک نابجایی را شناسایی کردند.
محققان همچنین CrMnFeCoNi را در دمای هلیوم مایع آزمایش کردند، اما تقریباً به خوبی مشتق سادهتر خود عمل نکرد.گام بعدی بررسی کاربردهای بالقوه چنین ماده ای و همچنین یافتن سایر HEA ها با خواص مشابه خواهد بود.این تحقیق در Science منتشر شده است .
