Структура костей помогла создать устойчивую к трещинам сталь

Наши собственные кости – это чудо инженерии, которым можно восхищаться на всех уровнях, от общей эффективной формы и до сложной, изысканной микроструктуры. Ориентированные нити структурного белка коллагена чередуют направление, обеспечивая прочность при разнонаправленных нагрузках. Уровнем выше можно наблюдать пористую ткань, одновременно легкую и жесткую, покрытую особо твердой «коркой». Такая многоуровневая сложная структура обеспечивает и высокую устойчивость кости к трещинам.

Микроразрывы, возникшие в ней, не распространяются и не увеличиваются, почти не снижая свойства кости и позволяя организму восстановить повреждение. Это свойство чрезвычайно важно в металлургии, заставляя специалистов искать новые и новые подходы к повышению устойчивости сплавов – прежде всего сталей – к трещинам. Обычный подход к решению этой задачи состоит в увеличении вязкости материала, однако ученые из японского Университета Кюсю и Массачусетского технологического института (MIT) решили обратиться к «природным рецептам».

В статье, опубликованной журналом Science, Мотомити Кояма (Motomichi Koyama) и его коллеги описывают, как подход, заимствованный у структуры кости, можно использовать для получения стали, устойчивой к развитию усталости и к распространению трещин под меняющимися нагрузками. Во-первых, ученые использовали слегка различные сплавы сталей с разной твердостью. Во-вторых, их обработали, создав структуру, аналогичную костной. Это позволило сочетать участки разной упругости и твердости, затрудняя развитие трещин.

Испытания новой стали в лаборатории подтвердили, что она намного более устойчива к усталости, чем обычные марки стали. Но прежде чем такая сложная структура сделает прочнее дороги и мосты, Кояме и его коллегам предстоит разработать технологии ее промышленного производства. Сделать это может быть не так-то просто.