Создан алюминиевый сплав прочнее стали

Сохраняя присущую алюминию лёгкость, этот материал выдерживает нагрузку как высокопрочная сталь. Успех пришёл к группе исследователей из нескольких университетов Австралии, России и США.

Одно из кристаллических зёрен с расшифровкой положения элементов. Видно скопление атомов цинка и магния по его краям (иллюстрация Peter V. Liddicoat et al./Nature Communications).

За основу авторы опыта взяли "авиакосмический" алюминиевый сплав марки 7075, который содержит магний и цинк, плюс ряд иных добавок. В зависимости от тонкостей состава и обработки распространённые вариации 7075-го сплава обладают пределом текучести от 145 до 476 мегапаскалей.

Тонкий диск из такого материала физики подвергли скручиванию при давлении около 60 тысяч атмосфер (high-pressure torsion). Далее учёные оставили образец на месяц при комнатной температуре, для естественного старения. Измерив предел текучести, новаторы получили значение около одного гигапаскаля, что близко к показателям высокопрочных сталей и даже превышает соответствующий параметр для некоторых их марок.

Применив атомно-зондовую томографию (atom probe tomography), исследователи выяснили, что обработанном сплаве возникла иерархическая структура. Размер кристаллического зерна уменьшился до десятков нанометров, а атомы цинка и магния собрались в субнанометровые и нанометровые кластеры различной формы, в зависимости от того, расположились они внутри зерна или на его границах.

Только одна смена структуры, без изменения химического состава материала, увеличила его прочность в разы. Зёрна алюминия тут хорошо подогнаны друг к другу, при этом добавки в сплав играют роль цемента в кирпичной кладке.
Приятно отметить – в работе над суперсплавом приняли участие Максим Мурашкин и Руслан Валиев из Института физики перспективных материалов Уфимского государственного авиационного технического университета (иллюстрация University of Sydney).

Детали взаимодействия атомов ещё предстоит разобрать. А то, что уже удалось узнать, авторы работы изложили в статье в Nature Communications. Учёные считают, что такой сплав пригодится там, где необходимо сочетание низкого веса с очень высокой прочностью: в пластинах для бронежилетов, небольших, но ответственных деталях машин или в медицинских имплантатах.