Матеріалознавці з Китаю перетворили звичайний дефект у металевих сплавах на компонент, що підвищує його міцність. Фахівці створили чисте золото з нанорозмірними отворами рівномірно розподіленими по металу. Новий метод полегшив матеріал, зробив його міцнішим і пластичнішим, що може розширити можливості застосування такого золота.
Існує безліч способів зробити метал міцнішим. Можна змішати різні компоненти для жароміцного, стійкого до корозії або магнітного сплаву. Є методи хімічної обробки, які зміцнюють метал, наприклад, азотування. Давно відомі різноманітні технології загартування тощо.
Зараз у промисловості зростає попит на легкі та міцні метали, оскільки виробники прагнуть енергоефективності та екологічності. Знизити вагу деталей можна за допомогою легших металів у складі, наприклад алюмінію, але матеріалознавці шукають можливості зробити навпаки — створити заготовки з порожнинами, не втративши при цьому як. Але тут постає проблема, адже порожнечі — це дефект, який породжує тріщини і загалом робить метал крихким.
Днями в журналі Science група дослідників з Китаю опублікувала статтю, де розповіла про новий метод зміцнення золота за допомогою отворів. Фахівці приготували чисте золото з рівномірно поширеними в ньому нанопустотами — вони утворилися після видалення срібних включень зі сплаву корозією.
Розмір цього часу становив близько 30 нанометрів, і щоб вони не послабили метал, вчені стискали і нагрівали досліджувані зразки при температурі 424,85°C. Необхідно було спресувати метал до критичної густини, щоб пориста структура стала закритою. Після обробки багато порожнеч перетворилися на сфери з мінімальним діаметром 18 нанометрів.
Щоб перевірити, як змінилися механічні характеристики золота, матеріалознавці взяли маленькі зразки з різнорозмірними отворами (18-180 нанометрів у діаметрі) та розтягнули. З’ясувалося, що міцність перфорованого золота зростала, якщо середній розмір часу був меншим, але при цьому всі зразки показали себе краще, ніж необроблене золото. Межа плинності пористого металу була майже на 107% вищою, а відношення міцності до ваги зросло на 118% при додаванні 5% порожнин.
Як зазначають дослідники, деякі зразки з особливо великими порами показали високу пластичність разом зі зростанням міцності. Основна відмінність нової технології від звичайних пористих металів у тому, що отвори в досліджуваному золоті рівномірно розподілені, що мінімізує концентрацію напруги в одному місці. І для кращого зміцнення металу пори варто робити менше, тому що разом з ними зменшуються й області високої напруги при навантаженні. Межа знаходиться в районі 101-102 нанометрів — міцність за такого діаметра зростає без втрати пластичності.
Новий підхід більш науково можна назвати компонентом із нульовою масою. Отвори можуть полегшити метал на 10%, покращуючи його фізичні характеристики. Перфороване золото можна буде застосовувати в електроніці для обробки контактів, але дослідники планують випробувати метод із міддю, яка найчастіше золота використовується в таких пристроях.
