Инженеры-моторостроители сходят с ума из-за нового "суперсплава"
Инженеры всегда играют в одну и ту же игру: сделать мотоциклы легче, сильнее и выносливее. Однако физика обычно требует компромисса где-то по пути. Сталь прочна, но тяжела. Алюминий лёгок, но может выдержать лишь определённое количество нагрузки. Титан фантастичен, но когда кто-то взглядывает на производственный бюджет, всё становится не так радужно. Каждый каркас, маятник, колесо и корпус двигателя на дороге сегодня являются результатом того, что инженеры решают, какой компромисс наименее болезненный.
Именно поэтому новый материал из Австралии вызывает столько обсуждений. Исследователи из Университета Монаша недавно разработали так называемый первый в мире крупномасштабный «тугоплавкий высокоэнтропийный сплав» или RHEA. В заголовках говорится, что он в два раза прочнее стали и в три раза прочнее алюминия. Эти цифры впечатляют, но они не объясняют, почему учёные-материаловеды так взволнованы. Настоящая история происходит на атомном уровне, и она намного страннее, чем просто смешивание более прочных металлов.
Большинство сплавов, которые мы используем сегодня, следуют довольно знакомому рецепту. Сталь в основном состоит из железа с добавлением нескольких ингредиентов для улучшения определённых характеристик. Алюминиевые сплавы работают так же. Титановые сплавы тоже. Обычно один доминирующий металл выполняет основную работу, в то время как небольшие количества других элементов корректируют прочность, коррозионную стойкость, термостойкость или долговечность. Металлурги совершенствовали эти рецепты на протяжении десятилетий и стали очень хорошими в этом.
Проблема заключается в том, что традиционные сплавы обычно становятся прочнее за счёт того, что атомам становится труднее перемещаться. Микроскопические дефекты, границы зёрен и другие препятствия намеренно вводятся для предотвращения деформации металла под нагрузкой. Это работает, но часто создаёт баланс между прочностью и вязкостью. Если слишком далеко зайти в одном направлении, материал может стать хрупким. Это отлично подходит для изготовления свёрл, но не очень подходит для изготовления мотоциклетного колеса, которое только что попало в яму размером с Небраску.
Этот новый сплав подходит к проблеме по-другому. Вместо того, чтобы иметь один основной ингредиент, он сочетает титан, гафний, тантал, ниобий и цирконий в примерно равных пропорциях. Это создаёт так называемый высокоэнтропийный сплав, где атомы расположены гораздо более сложным образом, чем в обычных металлах. Представьте себе, что вы меняете организованную парковку на полный хаос, но этот хаос почему-то делает всё прочнее.
Прорыв заключался не только в ингредиентах. По словам исследователей, более медленный и низкотемпературный процесс производства позволил атомам организоваться в высокоупорядоченную наноструктуру с удивительно небольшим количеством дефектов. Это то, что привлекает внимание учёных. Вместо того, чтобы полагаться в основном на дефекты и барьеры для достижения прочности, материал приобретает некоторые из своих свойств из своей основной архитектуры. Простыми словами, это не столько то, что содержится в металле, сколько то, как атомы располагаются там.
Для мотоспорта здесь начинается настоящее безумие. Лёгкие рамы мотоциклов. Прочные колёса для эндуро-туристов. Выносливые компоненты подвески для UTV. Корпуса батарей для электрических мотоциклов, которым не нужно столько материала для выполнения той же работы. Сплав содержит некоторые дорогие элементы, поэтому никто не ожидает увидеть его на следующем году в入门ном эндуро. Но если процесс производства окажется масштабируемым, то, возможно, большее открытие заключается не в самом сплаве.
Возможно, что следующее поколение материалов появится не за счёт поиска новых ингредиентов. Они появятся за счёт того, что мы научимся атомам совершенно новым способам организации. Это намного более значимо, чем просто очередной прочный металл.
Источник: rideapart