Ученые придумали, как создать металлические сплавы нового поколения

Исследователи из Стэнфордского университета показали, что высокое давление — это ключ к созданию высокоэнтропийных сплавов металлов: более легких, прочных и термостойких. Результаты работы представлены в журнале Nature Communications.

Высокоэнтропийные сплавы — это новый класс сплавов, дизайн которых основывается не на добавлении небольшого количества металла к одному базовому (например, бронза — это медь с добавлением олова), а на смешивании многих металлов в приблизительно равных количествах. Считается, что такие сплавы будут лучше обычных. Сейчас материаловеды исследуют вопрос, как обеспечить их стабильность. А именно: как добиться определенной упаковки атомов в сплаве, что существенно влияет на его свойства.

В своей работе американские исследователи успешно создали сплав из пяти металлов (марганца, кобальта, железа, никеля и хрома), в виде двух кристаллических структур: объемно-центрированной кубической решетки (ОЦК) и гранецентрированной кубической решетки (ГЦК). Однако им никак не удавалось добиться гексагональной плотноупакованной ячейки (ГПУ). Но в своей новой работе с помощью высокого давления они смогли получить результат.

ГЦК-упаковку атомов можно представить как два слоя шаров для тенниса, лежащих один на другом. А если сдвинуть один слой шариков по отношению к другому так, чтобы шары верхнего слоя не лежали строго над шарами нижнего, а попадали в промежутки между ними, то получится ГПУ.

Ученые предположили, что этот сдвиг сложно осуществить, так как магнитные силы между атомами металлов мешают этому. Тогда исследователи поместили сплав в условия высокого давления, чтобы разрушить магнитные взаимодействия. Давление в 55 ГПа, которое использовали в работе, встречается в мантии Земли. К удивлению ученых, сплав сохранял свою структуру даже после уменьшения давления. Теперь исследователи планируют экспериментировать со сплавами из других металлов.