Исследователи разработали методику, позволяющую придавать сверхпрочным металлическим сплавам пластичность в обычных температурных условиях.

Интерметаллические соединения, представляющие собой сплавы двух или более металлов с упорядоченной структурой решетки, обладают исключительной прочностью, термостойкостью и сопротивлением ползучести. Эти свойства делают их востребованными в условиях повышенных нагрузок, таких как в составе турбин и авиационных двигателей. Однако их существенным недостатком является хрупкость при нормальных температурах, что ограничивает их применение в обычных конструкциях.

Команда исследователей из Университета Пердью (США) представила разработку, достигающую уникального баланса между прочностью и пластичностью в интерметаллиде на основе кобальта и алюминия (CoAl).

Традиционно, подобные материалы разрушаются из-за недостаточного количества дислокаций — дефектов кристаллической решетки, которые обеспечивают пластическую деформацию металла без разрушения. В данном исследовании инженеры смогли искусственно создать эти дефекты в процессе производства CoAl, используя метод магнетронного напыления.

Центральным элементом инновации стала особая структура, названная «каркасом аморфных интерфейсов» (FAIs). Эти переходные зоны между слоями материала сохраняют частичную неупорядоченность и кристаллизуются под действием деформации, способствуя формированию дислокаций. Благодаря этому механизму материал способен выдерживать значительные нагрузки, избегая хрупкого разрушения.

Экспериментальные испытания CoAl-структуры показали предел текучести на уровне около 6 ГПа, что значительно превышает аналогичный показатель высокопрочной стали (в 6–10 раз). Важно отметить, что материал продемонстрировал способность к пластической деформации до 15% при сжатии при комнатной температуре, что является редким достижением для интерметаллидов.

Поведение материала в процессе деформации изучалось с помощью механических испытаний в сканирующем электронном микроскопе, что позволило наблюдать процессы в реальном времени на микроуровне. Дополнительное молекулярное моделирование подтвердило механизм перехода интерфейсов в кристаллическое состояние и активации движения дислокаций.

Создатели технологии полагают, что предложенный подход может быть успешно применен к другим интерметаллическим системам. Разработка открывает перспективы для создания нового поколения конструкционных материалов для аэрокосмической, энергетической и других отраслей, где критически важны одновременно высокая прочность и устойчивость к разрушению.