Новая технология позволяет сделать алюминиевый сплав таким же прочным, как сталь – при сохранении свойственной алюминию легкости.
Действительно, едва ли не главные достоинства алюминия – его
легкость и широкое распространение (это второй по распространенности
металл в земной коре). Но достоинства эти зачастую перекрываются таким
важным недостатком, как низкая прочность. Алюминий деформируется и
рвется тогда, когда остальные металлы и сплавы легко справляются с
нагрузкой. Поэтому специалисты уже много десятков лет ведут поиски
новых сплавов алюминия, которые были бы прочны и легки – словом,
обладали бы свойствами титана, но без заоблачной стоимости этого
металла.
Авторы нового метода решили
использовать для этого сравнительно новую технику металлообработки,
«скручивание при высоком давлении» (High-Pressure Torsion, НРТ).
Упрощенно ее можно представить себе так. Тонкий диск металла
фиксируется на торце цилиндрической наковальни и сдавливается прессом
огромной силы, создающим давление в 60 т на квадратный сантиметр
поверхности; при этом наковальня медленно вращается. Кроме того,
обработанные таким способом образцы исследователи оставили на месяц при
комнатной температуре – эта техника называется «естественным старением»
металла. Эти два процесса меняют структуру металлической решетки,
изменяя расположение атомов на крохотные, наноразмерные величины – но
приводят к кардинальным изменениям свойств металла.
В лабораторных экспериментах ученые использовали алюминиевый сплав 7075,
включающий небольшие доли магния и цинка, и в результате добились его
поразительной прочности, характерной для самых прочных сортов стали и
втрое выше, чем у исходного алюминиевого сплава.
Естественно, ученых заинтересовало, что придает сплаву такие внушительные свойства. Они исследовали образцы с помощью атомного зонда и
показали, что обработка привела к интересным изменениям в металлической
решетке. По сути она стала иерархически организованной наноструктурой:
размеры зерен алюминия уменьшились, а атомы цинка и магния образовали
изолированные зерна разной величины, в зависимости от того, где
располагались, между зернами алюминия или на краю образца. Почему
именно такая структура обеспечивает повышенную прочность, впрочем,
непонятно.
По словам авторов работы,
использованной пока лишь в лаборатории процесс может быть легко
адаптирован для промышленных целей. Если это действительно удастся, это
достижение может означать настоящий прорыв в создании прочных и легких
компонентов для автомобилей и самолетов – или, скажем, производить
легкие и прочные шлемы и бронежилеты для армии.
|
|