Ученые из Сиднейского университета обнаружили новый алюминиевый сверхпрочный сплав на базе широко известной марки 7075.
Сплав 7075 – самый прочный из всех алюминиевых сплавов: он включает в
себя цинк и магний и широко используется в аэрокосмической
промышленности. Ученые постоянно работают над улучшением его
характеристик.
Исследуя взаимосвязь между свойствами этого материала и его атомной
структурой, ученые неожиданно обнаружили, что один из образцов обладает
гораздо большей прочностью и пластичностью, чем следовало ожидать,
опираясь на известные факты.
Рис. 1. Пользуясь современной микроскопией, ученые смогли детально
изучить сверхпрочный вариант сплава 7075 и определить его оптимальную
структуру на наноуровне. Масштабная черная полоска имеет длину 10 нм.
Чтобы выяснить причину этого неожиданного успеха, исследователи
использовали томографию с помощью атомного зонда, что является новым
словом в науке. Наночастицы сплава в несколько десятков нанометров в
диаметре поместили в раствор и наблюдали, как они взаимодействуют между
собой, и какая именно форма граней частиц позволяет создавать
максимально прочный материал.
В результате австралийские ученые выяснили, что неожиданный скачок
характеристик сплава обусловлен двумя факторами. Во-первых, легирующие
элементы расположились внутри зерен метала, что увеличивает плотность
дислокации металла. Во-вторых, объединение элементов зерен в кластеры
(группа взаимодействующих частиц, атомов или молекул) ограничивает рост
нанокристаллов, повышает прочность зерен и уменьшает хрупкость и
старение сплава.
Изучение структуры материалов на наноуровне – очень перспективное
направление металлургии, так как позволяет понять связь между
характеристиками материала и его строением, а также определить пути
изменения его свойств. Но, к сожалению, распространенным методом
сканирующей электронной микроскопии редко можно получить изображение тех
или иных связей в структуре зерна в нужном масштабе. Кроме того, для
четкого представления о внутренних связях необходимо трехмерное
изображение.
Именно поэтому больше всего ученых впечатлил не сам сплав, а новейший
метод проектирования и контроля результатов, который сулит огромные
перспективы в создании уникальных материалов необходимых в различных
областях науки и техники.
