Сталь часто берут в качестве своеобразного мерила прочности различных материалов. Вы наверняка много раз слышали выражение «этот материал прочнее стали». Так вот, научные сотрудники Университета штата Северная Каролина создали сталь, которая прочнее обычной стали. Новый металл ученые получили, используя метод, который повышает прочность самых различных металлов путем изменения их микроструктуры.
Что интересно, ученых на создание более прочного вида стали вдохновила внутренняя структура костей и бамбука — оба этих материала, как известно, обладают невероятным соотношением характеристик силы и прочности. Увеличить силу и прочность металла ученые смогли путем наделения его так называемой градиентной структурой. Эта структура представляет из себя миллионы крошечных пористостей, которые, уходя глубже в металл, увеличиваются в размерах.
«Использование пористости в структуре на внешней стороне позволяет делать металл не только тверже, но и уменьшает его эластичность. Другими словами, его невозможно растянуть очень сильно, не сломав в итоге», — говорит Цзяо Ли Ву, профессор материаловедения из Института механики Китайской академии наук, разработавший совместно с Юнтиан Жу из Университета штата Северная Каролина новый металл.
«Однако если мы постепенно увеличим размеры этих полостей, уходящих вглубь материала, то мы сможем наделить металл необходимой эластичностью», — продолжает Ли Ву.
«Аналогичную структуру вы можете наблюдать, если разрежете вдоль кость или стебель бамбука. Если говорить кратко, плавный переход от мелкой пористости к более крупной делает общую структуру металла более крепкой и в то же время более эластичной. Такая комбинация характеристик невозможна в обычных материалах».
Для тестирования градиентной структуры ученые использовали различные металлы. В результате им удалось увеличить прочность и эластичность меди, железа, никеля и нержавеющей стали.
Помимо этого, исследователи проверили пользу градиентной структуры с использованием стали без атомов внедрения, способную выдерживать нагрузку в 450 мегапаскалей, что могло бы говорить о том, что данная сталь может растягиваться без разрушения до 5 процентов от своей первоначальной длины. Добавив градиентной структуры, команде ученых удалось создать сталь без атомов внедрения, способную выдержать нагрузку до 500 мегапаскалей, то есть данная сталь получила возможность растягиваться до 20 процентов от свой первоначальной длины без разрушения.
«Мы считаем, что это весьма полезное открытие, потому что потенциал его использования очень велик, а процесс производства весьма дешев, что позволяет его внедрение на более крупном уровне», — говорит Ли Ву.
Сейчас команда ученых собирается узнать, помогает ли использование градиентной структуры в материалах делать их более износостойкими и защищенными от коррозии.