Физики поняли, как оставить сплав металлов пластичным при -186 градусах Цельсия

❋ 4.5

Обычно исследователям приходится искать компромисс между прочностью и пластичностью сплавов. При низких температурах сохранить пластичность особенно сложно, но ученые нашли способ.

Физика

# дефекты

# пластичность

# сплавы

# физика низких температур

(a) ПЭМ-изображение сплава CoNiV-AlTi при криогенной температуре и 30 процентной деформации. Желтым — высокая плотность микрополос сдвига; (b) ПЭМ-изображение и (c) соответствующее сформированное обратным преобразованием Фурье изображение области с изображения (a). Выделены полосы скольжения, состоящие из дефектов упаковки внутри микрополос сдвига, и разрушение этими дефектами дальнего порядка в структуре. Это указывает на то, что скольжение дислокаций через упорядоченную кристаллическую решётку в процессе деформации вызывает постепенный переход «порядок-беспорядок»; (d) Схематическая диаграмма, иллюстрирующая механизм пластической деформации в сплаве CoNiV-AlTi. Синим — дальний порядок, зеленым — ближний порядок, фиолетовым — полосы скольжения, черным — размножение дислокаций, голубым — образовавшиеся микрополосы, красным — дефекты упаковки. / © Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09458-1

В межзвездном пространстве температура может опускаться до -270 градусов Цельсия, а на Земле при сильном охлаждении изучают материалы для квантовых технологий, сверхпроводимости, и хранят биологические образцы. Большинство металлов в таких условиях хоть и остаются прочными, становятся хрупкими. Это значит, что они выдерживают нагрузку, но не растяжения, сгибание и смену формы.

Противоположность хрупкости — пластичность, способность выдерживать растяжение. У золота эта характеристика высокая, поэтому его можно раскатывать в тончайшие листы и проволоки.

В новом исследовании физики рассказали, как заставили сплав на основе кобальта, никеля и ванадия оставаться и прочным, и пластичным при низких температурах. Подробности процесса исследователи описали в статье в журнале Nature.

Традиционные методы упрочнения сплавов не приносили достаточно значимых результатов для соединений, используемых в экстремальном холоде. Физики создали новый способ проектирования металлических сплавов. В процессе внутри формируются два типа упорядоченных атомных структур. Одни сформировали химически, вторые — механически.

Химически созданные структуры назвали субнанометровая организация близкого порядка. Она выглядит как крошечные островки упорядоченных атомов, сформированные в основном воздействием температуры. Созданная механическими методами структура — нанометровая организация дальнего порядка. Их сочетание позволило атомам внутри сплава самоорганизоваться на нескольких масштабах.

Свойства сплавов при температуре 87 Кельвинов / © *Nature,* 2025. DOI: 10.1038/s41586-025-09458-1

Полученный в результате экспериментов сплав на основе кобальта, никеля и ванадия исключительно прочен и вязок при температурах до -186 градусов Цельсия (87 Кельвинов). Ученые считают, что их разработка сможет применяться прежде всего в аэрокосмической индустрии, но также найдет множество применений и в других отраслях на Земле.

Он позволит создавать более прочные космические аппараты и более безопасную и надежную инфраструктуру — трубы и резервуары для сжиженного природного газа. А описанный в статье подход к проектированию материалов пригодится и для других типов сплавов.

«Наши результаты подчеркивают влияние дуплексного химического упорядочивания на механические свойства сложных сплавов и предлагают руководства для управления этими состояниями упорядочивания, чтобы улучшить их механические характеристики для криогенных применений», — написал Шань-Дун Ту (Shan-Tung Tu), один из авторов исследования.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Евгения Вавилова — научпоп автор, специализирующийся на популярной физике. Выпускница физического факультета, более 10 лет пишет о новейших открытиях в квантовой механике, астрофизике и теоретической физике. Евгения умеет объяснять сложные концепции простым языком и регулярно публикует материалы, основанные на первоисточниках — научных статьях и интервью с исследователями.