Наноструктура позволяет хрупкому кобальтово - алюминиевому сплаву сочетать высокую прочность с удлинением при комнатной температуре

От хрупких соединений до деформируемых высокопрочных материалов

кобальт – алюминиевые соединения уже давно считаются типичными хрупкими межметаллическими соединениями, которые подвержены хрупкости при напряжении и трудно использовать в качестве несущих конструкционных материалов. Новое инженерное исследование изменило деформационное поведение этого материала с помощью наноразмерной конструкции: модифицированный кобальт – алюминиевый сплав не только чрезвычайно прочный, но и значительно деформируется при комнатной температуре без разрушения.

По данным источника, прочность на текучесть материала примерно в 6 – 10 раз выше, чем у высокопрочной конструкционной стали, и в то же время он способен выдерживать значительные пластические деформации при комнатной температуре. Эта комбинация – сверхвысокая прочность и удлинение при комнатной температуре – является двумя свойствами, которые традиционные межметаллические соединения не могут сочетать. Исследовательская группа направляет результаты на сценарии применения, такие как более жесткие лопасти турбины и более производительные двигатели.

Как наноразмерный дизайн изменяет производительность

Источник объясняет прорыв производительности стратегиями проектирования в наномасштабе. Для межметаллических соединений хрупкость обычно возникает из – за ограничений на неправильное движение упорядоченной кристаллической структуры, и трещины трудно поглощать пластической деформацией, как только они возникают. Регулируя внутреннюю структуру материала в проектном масштабе, исследователи позволили материалу получить деформационную способность при сохранении высокой прочности, тем самым избегая типичного пути хрупкого разрушения.

Следует отметить, что источник не раскрывает конкретных деталей, таких как соотношение компонентов сплава, характерные размеры наноструктуры, маршруты процесса подготовки и условия испытаний, поэтому в настоящее время невозможно определить устойчивость технологического окна и партии материала в процессе инженерного усиления.

Значение

для полимерной промышленности

Этот прогресс, по – видимому, относится к области металлоконструкционных материалов, но логика баланса производительности, лежащая в его основе, тесно связана с разработкой полимерных вспомогательных материалов. В полимерной системе антиоксиданты, фотостабилизаторы и ультрафиолетовые поглотители также сталкиваются с компромиссом между « эффективностью и долговечностью», « стабильностью обработки и долгосрочной защитой»: чрезмерное добавление может повлиять на механические и внешние свойства основного материала, слишком низкое не может обеспечить достаточную защиту в процессе термоксидного и фотокислородного старения. Мысль о том, что кобальт – алюминиевый сплав одновременно повышает прочность и вязкость с помощью конструкции структурного масштаба, указывает на то, что разработка вспомогательных агентов может искать новые точки равновесия на уровне молекулярной и агрегационной структуры, а не полагаться исключительно на корректировку добавления.

В то же время появление таких высокопрочных, долговечных конструкционных материалов, а также вспомогательных полимерных добавок предъявляет новые требования к тестированию на стойкость. В высокотемпературных сценариях высокого напряжения, таких как лопасти турбины, двигатели и т. Д., Если речь идет о уплотнениях на основе полимеров, покрытиях, изоляциях или композитных компонентах, проверка формулы часто требует более строгих методов испытаний на стойкость к погоде для оценки закона потребления антиоксидантов и систем фотостабилизаторов в сочетании с теплом, кислородом и оптической связью. Эффективность ультрафиолетовой защиты УФ – поглотителя, способность к захвату свободных радикалов фотостабилизатора и стойкость антиоксиданта при высоких температурах требуют перекрестной проверки в испытаниях на ускоренное старение, близких к фактическим условиям службы.

С более макроскопической точки зрения конструкция материалов переходит от « регулирования ингредиентов» к « структурному регулированию». В последние годы индустрия полимерных добавок уделяет внимание контролируемому захвату свободных радикалов, системам совместной стабилизации, реакционным ускорителям и другим направлениям, которые, по сути, также разворачиваются в той же логике: благодаря структурному проектированию вспомогательные агенты работают в нужное время и в правильном месте. Пример кобальтово – алюминиевых сплавов показывает, что при реорганизации традиционных систем материалов в наномасштабе комбинации свойств, которые ранее считались непримиримыми, могут быть нарушены. Для полимерных добавок, таких как антиоксиданты, стабилизаторы света и поглотители ультрафиолетового излучения, как повысить эффективность защиты единицы добавления с помощью конструкции и установить соответствующие методы тестирования на стойкость к ожиданиям и проверки формулы, по – прежнему является направлением исследований и разработок, заслуживающим постоянных инвестиций.

Вопросы, которые еще предстоит прояснить

• Источник не содержит конкретного состава сплава, наноструктурных параметров и процесса подготовки, инженерная осуществимость еще не ясна. Источник
• не указывает диапазон температуры испытания, скорость передачи и размер образца, экстраполяция данных о текучести должна быть осторожной.
• Связь этого материала с компонентами на основе полимеров в реальных системах является расширенным обсуждением, и источник не касается содержания полимерных добавок.

Источник: This new alloy is up to 10 times stronger than steel and surprisingly flexible， Обработано химикатами Herun.