Stop CrCoNi w skali nanometrowej, źródło: Robert Ritchie/BerkleyLab
Stop CrCoNi w skali nanometrowej, źródło: Robert Ritchie/BerkleyLab

Odkryto nowy najtwardszy materiał świata. Jest nim stop trzech innych materiałów

Stop, stworzony z połączenia chromu, kobaltu oraz niklu, wyróżnia wysoki poziom twardości i odporności na odkształcenia, choć nadal jest plastyczny. Jak to możliwe i gdzie może odnaleźć zastosowanie?

Wyjątkowe właściwości nowego stopu

Ograniczenia technologiczne nie pozwalały naukowcom na kolejne odkrycia w obrębie HEA, aż do teraz. Zespół naukowców z Lawrence Berkeley National Laboratory oraz Oak Ridge National Laboratory, przeprowadzając badania nad nowym najtwardszym materiałem, odkryli, że jego twardość zwiększa się, gdy temperatura spada. Jest to dość wyjątkowe, gdyż zazwyczaj wraz z obniżaniem temperatury materiały tracą ciągliwość i stają się kruche.

Ten niespotykany dotąd stop chromu, kobaltu i niklu w -272 stopniach Celsjusza osiąga wytrzymałość rzędu 500 MPa/m2. Dla porównania, krzem osiąga 1 MPa/m2, a aluminium wykorzystywane w samolotach pasażerskich jedynie 35 MPa/m2.

Stop CrCoNi w skali nanometrowej, źródło: Robert Ritchie/BerkleyLab
Stop CrCoNi w skali nanometrowej, źródło: Robert Ritchie/BerkleyLab

Wytworzony stop osiąga wysoki poziom entropii (typu HEA) oraz wysoki poziom odporności na pękanie, nawet w zaledwie 20 Kelwinach. Osiągnięcie takich parametrów jest realne przez nieoczekiwaną transformacją fazową.

Nowy materiał znajduje się obecnie na etapie testów i badań, jednak jak twierdzą naukowcy, mógłby znaleźć zastosowanie w obrębie kriogeniki oraz w statkach kosmicznych.

Ograniczenia technologiczne i zastosowania nowego materiału

Wykorzystywane obecnie stopy zawierają w swoim składzie jeden główny składnik w dużej ilości oraz dodatkowe pierwiastki w mniejszej ilości, natomiast w przypadku HEA ilość każdego z pierwiastków jest wyrównana. HEA wytwarzane są w procesie topienia czystych pierwiastków, a następnie odlewane.

Ci sami badacze przed dekadą opracowali już podobny materiał i próbowali go testować, jednak ze względu na ograniczenia technologiczne było to niemożliwe. Wcześniejsze stopy złożone były nie tylko z chromu, kobaltu i niklu, ale również zawierały mangan oraz żelazo. Już wtedy udało im się zmierzyć wyjątkowo wysoką wytrzymałość, choć najniższa temperatura osiągnięta w procesie badawczym sięgała 77 Kelwinów.

Mimo ogromnego osiągnięcia naukowcy studzą nadzieje, ze względu na wysoki koszt tworzenia tego materiału, choć jego wykorzystanie w ekstremalnych warunkach byłoby realne. Badania będą kontynuowane, a materiał testowany przez wiele lat, zanim znajdzie szerokie zastosowanie w materiałach konstrukcyjnych.