Пол Арнольд , Phys.org
Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09458-1
Для навигации в условиях экстремально холодного космоса или работы с переохлаждённым жидким топливом на Земле требуются материалы, которые не подвержены разрушению. Большинство металлов становятся хрупкими и разрушаются при таких низких температурах. Однако новые исследования открывают новаторский подход к построению металлических конструкций атом за атомом для создания прочных и долговечных сплавов, способных выдерживать столь суровые условия.
Традиционные методы упрочнения часто оказываются недостаточными для таких применений. Например, распространённый метод термической обработки, называемый дисперсионным твердением, упрочняет металлы путём создания в их структуре мельчайших твёрдых частиц. Однако при экстремальных температурах материалы могут потерять пластичность (способность изгибаться, растягиваться или принимать новую форму без разрушения) и внезапно разрушиться.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature, описывается новый способ разработки металлических сплавов , сохраняющих прочность и стойкость даже при сверхнизких температурах. Основная идея заключается в создании сплава с двумя типами идеально организованных атомных структур. Эти структуры называются субнаномасштабным ближним порядком (SRO), представляющим собой крошечные островки организованных атомов, и наномасштабным дальним порядком (NLRO), представляющим собой немного более крупные структуры.
Исследователи создали свой сплав с помощью контролируемого процесса термической обработки и механической формовки, что привело к самоорганизации атомных структур. Другими словами, учёные создали условия, позволяющие атомам самостоятельно выстраиваться в желаемую структуру.
Результатом стал новый сплав кобальта, никеля и ванадия, обладающий исключительной прочностью и вязкостью при температурах до -186 °C (87 K). Его испытывали на растяжение в лабораторных условиях при экстремально низких температурах, чтобы определить, какую нагрузку он способен выдержать. «Наши результаты подчеркивают влияние двойного сосуществующего химического упорядочения на механические свойства сложных сплавов и предлагают рекомендации по управлению этими упорядоченными состояниями для улучшения их механических характеристик для криогенных применений», — пишет Шан-Тунг Ту, один из авторов исследования.
Благодаря своей исключительной прочности и долговечности, особенно в условиях экстремально низких температур, этот сплав может найти множество практических применений. В космонавтике он может быть использован для создания более прочных космических аппаратов, способных выдерживать экстремально низкие температуры глубокого космоса. В энергетическом секторе этот сплав может быть использован для создания более безопасной и надежной инфраструктуры, например, трубопроводов и резервуаров для сжиженного природного газа.
Исследователи также полагают, что их подход, основанный на атомной инженерии, может быть применён к другим типам сплавов. Это может привести к разработке совершенно нового поколения материалов, способных выдерживать самые суровые холода без ущерба для производительности и безопасности.
Дополнительная информация: Тивен Лу и др., «Двойное химическое упорядочение для криогенных свойств сплавов на основе CoNiV», Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09458-1
Разработка микроструктуры сплава атом за атомом для устойчивости к экстремальным холодам, Nature (2025). DOI: 10.1038/d41586-025-02864-5
Информация журнала: Nature