Ученые НИТУ МИСИС совместно с коллегами из Китайского горно-технологического университета разработали композитный материал, объединяющий металл и металлическое стекло. Этот материал сохраняет свою прочность и пластичность при температурах до −195,75°C благодаря эффекту самонагрева. В будущем такая разработка поможет увеличить срок службы аэрокосмических аппаратов и техники, используемой в условиях Арктики.
При снижении температуры кристаллическая решетка металлов становится более хрупкой, что ограничивает их использование в условиях Крайнего Севера и в космосе. Для решения этой проблемы ученые НИТУ МИСИС создали многослойные нанокомпозиты, которые сохраняют свои механические свойства даже при температурах, сравнимых с температурой жидкого азота. Принцип работы материала заключается в том, что при образовании трещин на границе соединения сплавов атомы начинают двигаться, выделяя тепло. Это тепло нагревает металл изнутри, предотвращая его дальнейший износ.
«Когда трещины появляются на границе кристаллического и аморфного слоя, атомные скачки приводят к локальному нагреву материала. Это повышение температуры предотвращает хрупкое разрушение, то есть внезапный раскол без заметной деформации на мелкие фрагменты. Разогретый композит становится более пластичным и замедляет развитие трещин. Такое поведение отличает наш новый многослойный композиционный материал от традиционных металлических сплавов», — пояснил д.т.н. Иван Ушаков, заведующий кафедрой физики НИТУ МИСИС.
Предложенный композит представляет собой многослойное соединение легкоплавкого кристаллического металла и аморфных металлических пластин. Численные модели, разработанные с использованием метода конечных элементов, подтвердили, что локальное повышение температуры в зоне трещины на фазовой границе создает оптимальные условия для сохранения пластичности при растяжении. Подробные результаты исследования опубликованы в научном журнале Nanomaterials (Q1).
«При механических нагрузках сплав сохраняет свою целостность, что особенно важно для оборудования криогенной промышленности и добычи полезных ископаемых в Арктике. Использование традиционных методов пайки делает производство и переработку композита достаточно простыми», — отметил доцент кафедры физики НИТУ МИСИС Иван Сафронов.
В будущем исследовательская группа намерена улучшить прочностные характеристики технологии и изучить возможности создания радиационно-устойчивых вариантов предложенного материала. Работа была выполнена в рамках стратегического проекта НИТУ МИСИС «Материалы будущего» в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (грант № K7-2023-010) и при финансовой поддержке Государственного фонда естественных наук Китая (проекты № 51774289 и № 52074291).
Источник : Пресс-служба НИТУ МИСИС
