Инженеры Университета Пердью продемонстрировали необычный способ одновременно повысить прочность и пластичность интерметаллического соединения кобальта и алюминия — CoAl. Такие материалы хорошо выдерживают высокие температуры и нагрузки, но обычно остаются хрупкими при комнатной температуре.

Учёные решили проблему с помощью намеренного управления дефектами кристаллической структуры. В процессе магнетронного напыления они заранее сформировали в материале большое количество дислокаций, а также создали каркас аморфных интерфейсов — Framework of Amorphous Interfaces, или FAI.

При деформации отдельные участки этих неупорядоченных границ кристаллизуются и становятся источниками новых дислокаций. Они позволяют атомным слоям смещаться под нагрузкой, не вызывая мгновенного разрушения материала. Поэтому дефекты, которые обычно считают слабым местом, в этом случае помогли сделать сплав одновременно прочным и пластичным.

Во время испытаний наноламинат CoAl показал предел текучести свыше 6 ГПа — примерно в 6–10 раз выше показателей высокопрочной конструкционной стали. Последующее упрочнение продолжалось приблизительно до 8,5 ГПа, а пластическая деформация при сжатии превысила 15% при комнатной температуре.

Исследователи наблюдали процесс деформации внутри сканирующего электронного микроскопа, а молекулярное моделирование помогло установить, как аморфные интерфейсы кристаллизуются и запускают движение дислокаций на атомном уровне.

Однако технология пока далека от массового производства. Речь идёт о nanoscale-системе, изготовленной методом тонкоплёночного напыления и проверенной на микроскопических образцах преимущественно при сжатии. Теперь учёным предстоит перенести этот принцип на объёмные материалы и проверить его на других интерметаллических соединениях.

В перспективе подобные сплавы могут применяться в авиационных двигателях, газовых турбинах, энергетике и космической технике — везде, где материал должен выдерживать экстремальные нагрузки и при этом не разрушаться хрупко.

Станет ли управление дефектами ключом к созданию нового поколения сверхпрочных материалов?