سخت ترین آلیاژ فلزی جدید

سخت ترین آلیاژ فلزی جدید 

محققان آزمایشگاه ملی لارنس برکلی بالاترین سختی را که تاکنون در بین مواد ثبت شده اندازه گیری کرده اند. آلیاژ فلزی کروم، کبالت و نیکل به عنوان «سخت‌ترین ماده» شناخته شد.دانشمندان آزمایشگاه ملی لارنس برکلی بالاترین سختی را که تاکنون در بین مواد ثبت شده اندازه گیری کرده اند. این کشف در حین بررسی یک آلیاژ فلزی ساخته شده از کروم، کبالت و نیکل صورت گرفت. این فلز نه تنها فوق العاده قوی و انعطاف پذیر است، بلکه خواص آن با سردتر شدن افزایش می یابد. این برخلاف اکثر مواد دیگر موجود است. ماده CrCoNi بسیار قوی است، به این معنی که در برابر تغییر شکل دائمی مقاومت می کند.
این تیم به رهبری محققان آزمایشگاه ملی لارنس برکلی (آزمایشگاه برکلی) و آزمایشگاه ملی اوک ریج، مطالعه‌ای را منتشر کردند که یافته‌های رکوردشکنی خود را در Science شرح می‌دادند. رهبر پروژه Easo George، رئیس فرمانداری برای تئوری و توسعه آلیاژ پیشرفته در ORNL و دانشگاه تنسی گفت: وقتی مصالح ساختاری طراحی می‌کنید، می‌خواهید محکم و همچنین انعطاف‌پذیر و مقاوم در برابر شکستگی باشند. به طور معمول، این یک سازش بین این ویژگی ها است. اما این ماده هر دو است و به جای اینکه در دماهای پایین شکننده شود، سخت‌تر می‌شود.
CrCoNi زیرمجموعه ای از دسته ای از فلزات به نام آلیاژهای آنتروپی بالا (HEAs) است. همه آلیاژهای مورد استفاده امروزه حاوی نسبت بالایی از یک عنصر با مقادیر کمتری از عناصر اضافی هستند، اما HEA ها از ترکیب مساوی از هر عنصر تشکیل شده اند. به نظر می رسد که این دستور العمل های اتمی متعادل به برخی از این مواد ترکیب فوق العاده بالایی از استحکام و شکل پذیری را در هنگام فشار می دهند که با هم آنچه را که "چقرمگی" نامیده می شود، تشکیل می دهند. HEA ها از زمانی که حدود 20 سال پیش برای اولین بار توسعه یافتند، یک حوزه تحقیقاتی داغ بوده است، اما فناوری مورد نیاز برای فشار دادن مواد به حد مجاز در آزمایش های شدید تا همین اواخر در دسترس نبود.
رابرت ریچی، یکی از رهبران این تحقیق، دانشمند ارشد دانشکده علوم مواد آزمایشگاه برکلی و پروفسور مهندسی چوا در دانشگاه کالیفرنیا برکلی توضیح داد: "سختی این ماده در نزدیکی دمای هلیوم مایع (20 کلوین، -424 درجه فارنهایت) به همان اندازه بالا است. به اندازه 500 مگا پاسکال ریشه مربع. در همان واحدها، چقرمگی یک قطعه سیلیکون یک، بدنه آلومینیومی هواپیماهای مسافربری حدود 35 و چقرمگی برخی از بهترین فولادها حدود 100 است. بنابراین، 500، عدد خیره کننده ای است.
ریچی و جورج تقریباً یک دهه پیش شروع به آزمایش با CrCoNi و آلیاژ دیگری کردند که حاوی منگنز و آهن (CrMnFeCoNi) نیز بود. آنها نمونه هایی از آلیاژها را ایجاد کردند و سپس مواد را تا دمای نیتروژن مایع (حدود 77 کلوین یا -321 درجه فارنهایت) پایین آوردند و استحکام و چقرمگی چشمگیری را کشف کردند. آنها بلافاصله می خواستند کار خود را با آزمایش هایی در محدوده دمای هلیوم مایع دنبال کنند، اما امکاناتی را پیدا کردند که نمونه های تست استرس را در چنین محیط سردی امکان پذیر کند و اعضای تیم را با ابزارهای تحلیلی و تجربه مورد نیاز برای تجزیه و تحلیل آنچه در ماده اتفاق می افتد به کار گیرند.