Materiáloví inženýři v laboratořích Sandia National Laboratories jsou jako utržení z řetězu. V těchto dnech zabodovali s neuvěřitelnou binární slitinou, která je mechanicky nejodolnější slitinou kovů, jako kdy člověk stvořil. Jejich recept je relativně jednoduchý. Slitina se skládá z platiny a zlata a je nesmírně odolná vůči opotřebení. V této vlastnosti je slitina stokrát lepší než vysokopevnostní ocel a stává se vůbec první slitinou, která je v odolnosti srovnatelná s diamantem či safírem, což jsou nejodolnější přírodní materiály.
Zmíněná slitina z laboratoří Sandia je tvořená z 90 procent platinou a 10 procenty zlata. John Curry a jeho kolegové popisují přednosti této slitiny tak, že kdyby z této slitiny byly pneumatiky automobily, tak by s ním bylo možné 500 krát prosmykovat po obvodu zeměkoule, než by bylo nutné tyto pneumatiky vyměnit.
Pikantní je, že tato slitina vlastně není až tak nová. Materiáloví vědci ji jenom poněkud opomíjeli. Výzkum materiálů se totiž v současné době soustředí na slitiny, které jsou velice pevné anebo pevné a zároveň extrémně lehké. Slitina platiny a zlata nijak zvlášť neoplývá pevností. Pokud jde ale o tření, tak nemá konkurenci. Na první pohled tato slitina vypadá jako platina. Je stříbřitě bílá a o něco těžší než zlato. Zároveň je ale oproti jiným podobným slitinám mnohem více odolná vůči teplu a extrémně odolnější vůči mechanickému opotřebení.
Kovy obvykle považujeme za velmi pevné. Když se ale stanou součástí mechanismu, v němž se kov neustále otírá o jiný kov, tak se takový kov časem opotřebuje, zdeformuje, zkoroduje a přestane plnit svou funkci. Jediné, co tomu může čelit, je ochranná vrstva, která takový konec oddálí. V elektronice se dnes pro součástky, které jsou mechanicky namáhané a opotřebovávané, používají povrchy ze zlata nebo i jiných drahých kovů. Taková ochrana je ale velice drahá a navíc nevydrží věčně. Součástky v elektronice bývají velmi malé, a proto na nich mohou být ochranné vrstvy jen omezených rozměrů.
S uvedenou slitinou platiny a zlata je to jiné. Taková ochranná vrstva může být tenká a vydrží velice dlouho. Ultratrvanlivé povrchy ze slitiny platiny a zlata by podle badatelů měly ušetřit elektronickému průmyslu stovky milionů dolarů ročně. Zároveň se výrobky s takovými povrchy stanou kvalitnějšími a vydrží drsnější prostředí a zacházení. Platí to pro elektroniku všech velikostí, od aeronautických technologií a větrných turbín, až po mikroelektroniku v chytrých telefonech a radarových systémech.
Literatura
Sandia Labs 16. 8. 2018, Advanced Materials online 25. 6. 2018.
Na Kalifornské univerzitě si nadělili výjimečně lehký a pevný kov
Autor: Stanislav Mihulka (26.12.2015)
Nově objevená slitina titanu se zlatem je mnohem tvrdší než běžné oceli
Autor: Stanislav Mihulka (23.07.2016)
Náhodně objevený nanohliník by mohl nastartovat vodíkovou ekonomiku
Autor: Stanislav Mihulka (05.08.2017)
Diskuze:
Jak by dopadl test otěruvzdornosti, kdyby místo safírové kuličky použili kuličku z testované vodivé Pt-Au slitiny?
Josef Hrncirik,2018-08-21 13:51:00
OMG
Radoslav Porizek,2018-08-20 02:37:19
"mechanicky nejodolnější na světě"
.
Zpraseny preklad. Ma byt NAJTVRDSI, nie mechanicky najodolonejsi. Pretoze mechanicka odolnost zahrnuje je aj pevnost, a kujnost (opak krehkosti).
Vsak to aj v clanku spominaju, ze material neoplyva pevnostou, co je problem. A bohvie ako je to z krehkostou. Z toho by si Ironman oblek urcite nestaval. ;)
.
Inac dobra krutarna, vyrobit material snad z dvoch najdrahsich prvkov, ake existuju - to si asi vela lacneho vyuzitia nenajde.
Re: OMG
Roman Gramblička,2018-08-20 08:43:45
škoda že nenapsali, jakou to má tvrdost, resp. mikrotvrdost. Samotné kovy mají 2,5-3 (Au) a 4-4,5 (Pt), což je dost málo, navíc jsou velice kujné, takže aby dohromady dali tvrdou odolnou slitinu, by jeden nečekal. Patrně má slitina odlišnou krystalovou strukturu, což umožňuje třeba uhlíku mít tak rozdílné vlastnosti ve svých polymorfech
Re: Re: OMG
Josef Hrncirik,2018-08-20 11:55:02
Pevnost v tahu to má cca 300 MPa.
V článku píší na s.4, že to má nanotvrdost 7,1 GPa; Kulička k otěru d=3,2 mm ze safíru má nano?tvrdost 25; z Si3N4 15 GPa, přitom to ale odírala cca 60 x rychleji než safírová. Sama se však odírala rychleji než kov a byla drsnější než safírová od počátku. Frikční koeficienty byly 0,25.
Re: Re: Re: OMG
Josef Hrncirik,2018-08-25 12:13:52
300 MPa bylo z rev. Pt-Au alloys.
Po krátkém trápení s hledáním článku v Carbon o jejich diamond like on Pt-Au mě to alespoň odkázalo na J.F.Curry a tam se po dotazu proč tam lezu dal otevřít suppl..
Kupodivu tam k otěru nebylo nic, natož k diamond like film. Z přípravy zkušebních vzorků plynulo, že k laserovému odpaření slitiny při řezání vrstvy 5 um je potřeba 420 J/mmm3.
Nanotvrdost to mělo oněch 7,1 GPa. Pevnost 1,6 GPa na mikrovzorku oblasti cca 4x1,5 mm tl. 5 um. Vydrželo to 1 M cyklů opakovaní tahu do 1 GPa.
Z fig. S2 a popisu plyne, že neměřili odpor kontaktu do Pt-Au, ale jen odpor pásku (vrstvy). Ten vyjádřili 30 nOhm-m. S kontaktem to nemělo nic společného, ani nedefinován.
Slitiny mají vždy větší měrný odpor než čisté složky; v nOhm*m nikoliv v jejich nOhm-m
Au 24,4; Cu 16,8; Pt 106; Pro slitinu 9/1 lze očekávat spíše více než 73 místo 30.
Re: OMG
Josef Hrncirik,2018-08-20 11:17:49
Svinsky zprasený překlad. Přitom je to přímo ze sekce časopise věnované "wear" opotřebení, oděr, otěr. Diamant a safír a pod. odolávají otěru, protože jsou tvrdé. Jsou určitě křehčí než kovy.
Problém byl článek vůbec najít.
Ani Sandia se k autorům nehlásila. Zdá se, že i s Pt i Au ihned zmizeli přes blízkou mexickou hranici.
Neštastný redaktor ze Science daily 2018/08/180816132009.htm dorazivší do Sand Lab. se pak v baru musel sám inspirovat, až se propil k diamantům a tam vrazil do tajemství konektorů.
A slick surprise
Still, there will always be surprises in science. In a separate paper published in Carbon, the Sandia team describes the results of a remarkable accident. One day, while measuring wear on their platinum-gold,
an unexpected black film started forming on top.
They recognized it: diamond-like carbon, one of the world's best human-made coatings, slick as graphite and hard as diamond. Their creation was making its own lubricant, and a good one at that.
Diamond-like carbon usually requires special conditions to manufacture, and yet the alloy synthesized it spontaneously.
"We believe the stability and inherent resistance to wear allows carbon-containing molecules from the environment to stick and degrade during sliding to ultimately form diamond-like carbon," Curry said. "Industry has other methods of doing this, but they typically involve vacuum chambers with high temperature plasmas of carbon species. It can get very expensive."
The phenomenon could be harnessed to further enhance the already impressive performance of the metal, and it could also potentially lead to a simpler, more cost-effective way to mass-produce premium lubricant.
Při důkladné prohlídce Curryho se našla další Pt-Au
Josef Hrncirik,2018-08-26 17:48:32
Letos vše zraje dříve a tak se v 10.1016/j.carbon.2018.06.006 dá najít už nyní v srpnu článek z listopadu 2018: ...tribochemický povlak "diamantu podobný" vzniklý na Pt-Au...
Po 10 k šoupnutích v atmosféře suchého dusíku se stopami org. látek vytvořený film má koef. tření proti safírové kuličce cca 0.02. Použitá organika cca 0,1 ug/l N2 (poněkud nejasné až podivné. Ve stopě filmu je cca 7,5 ng DLC. Na vlhkém vzduchu to nefunguje a f je běžných cca 0,25. Nefunguje to ani při nestopových koncentracích organiky.
Konektory opět bez záruk!
Citace
Jaroslav Kousal,2018-08-19 18:21:56
Snažím se najít původní článek a nemůžu ho na Advanced Materials najít.
Nebyla by citace v běžně zavedeném formátu (volume, issue, page)?
Nějak si ten užitek v mobilech nedokážu představit
Pavel Hudecek,2018-08-19 15:59:44
Mobily neobsahují relé, takže zbývají tlačítka a konektory. Obojí nejčastěji odchází mechanickou destrukcí při pádu a zničeny jsou jiné části než kontaktní plochy. Klasické opotřebení nehrozí, protože většinu ovládání telefonu převzala dotyková plocha a tlačítka se používají minimálně. A od konektorů se přechází na bezdrát, včetně nabíjení.
U těch radarů je to to samé, dnes často neobsahují pohyblivé části.
Ale dovedu si představit, že třeba signálová relé do osciloskopu, nebo spektrálního analyzátoru by se tím mohla zlepšit. Ale i tam se s nimi moc často necvaká. Typicky jednou za den při autotestu po zapnutí:-)
Ale herní klavesnice a myši by to asi využily dobře:-)
Jinak mě napadají samé historické technologie: Relátková tel. ústředna, přenos na rotor klasického radaru, měnič napětí s mechanickým přerušovačem:-)
Re: Nějak si ten užitek v mobilech nedokážu představit
Václav Dvořák,2018-08-19 18:05:56
Já si ho umím představit hned. Takové USB-C nebo microUSB konektory jsou namáhané a celkem brzo se ošoupou a pak špatně dobíjí nebo se při pohnutí kontakt přeruší atd.
Prý bezdrát, chtěl bych vidět jak se přes něj bude přenášet třeba takové 4K nebo 8K do monitoru při 60 a více FPS a k tomu ještě data patřičnou rychlostí. To bezdrát nikdy nenahradí, možná jednou až takové LiFi. K čemuž se zatím výrobci nemají.
Re: Re: Nějak si ten užitek v mobilech nedokážu představit
Jiří Novák,2018-08-19 23:33:38
A co plášť mobilu? (To už by byla darda zapomenout ho ve vlaku.)
Re: Re: Nějak si ten užitek v mobilech nedokážu představit
Pavel Hudecek,2018-08-20 00:05:26
Nějakou dobu jsem pracoval vedle kolegy, co opravoval telefony a občas i za něj zaskakoval. A tak můžu s dost velkou jistotou tvrdit, že typické "opotřebení" USB konektoru v telefonu, vedoucí k nespolehlivosti nabíjení, není ošoupání kontaktů, ale prasknutí plastového dílu, co kontakty drží, odtržení konektoru od plošného spoje, nebo utržení pájecích ploch i s vývody konektoru (to je ta situace, kdy se zákazník dozví, že jeho "občas nenabíjí" se dá řešit výměnou základní desky za x tisíc). Nejhorší je, že při tom třetím případu se nezřídka stane, že se při rozebírání konektor "doodtrhne" a pak už nefunguje vůbec. Majitel firmy celkem rychle pochopil, že servis telefonů není vhodným doplňkem servisu PC, ale potenciální černá díra, tak to radši zas zrušil...
A taky jsem zatím neviděl nikoho, kdo by běžně připojoval telefon ke 4K, nebo 8K monitoru (nebo k jakémukoli monitoru). Čili si i nadále myslím, že telefonům pomůže spíš bezdrátové nabíjení a bezdrátová sluchátka. I když teda ty bezdrátový sluchátka jsou trochu opruz, je to další věc, ve který dochází baterka:-)
Re: Re: Re: Nějak si ten užitek v mobilech nedokážu představit
Jan Balaban,2018-08-20 09:14:13
Nedávno som obdivoval konektor mobilného telefónu. Odtrhnutie od plošného spoja vôbec nehrozilo, lebo konektor bol pripojený pružným kontaktom. Geniálne.
Re: Re: Re: Re: Nějak si ten užitek v mobilech nedokážu představit
Josef Hrncirik,2018-08-20 12:07:01
V článku píší, že kontakt má odpor 32 nOhm*m, cca jako u mědi.
Ohm*m je mi rozměrově velmi odporný.
Re: Re: Re: Nějak si ten užitek v mobilech nedokážu představit
Václav Dvořák,2018-08-20 23:54:46
Tak to je profesní deformace, aneb jeden živnostník povídal. Ve skutečnosti většina lidí nikdy nepůjde do servisu, dokud konektor funguje, i když blbě. Včetně manažerů a dalších lidí co si na tom zakládají, že mají třeba iPhone nebo Apple. Co takový člověk udělá, je to, že bude volit nejjednodušší cestu např. hne kabelem, nebo se bude snažit ho nějak amatérsky vyčistit, napružit pokud to jde atd.
Já to osobně řeším jednou za čas prostříknutím WD40, to spolehlivě odplaví všechny nečistoty a zároveň kontakty lehce promaže... vylomit nebo hrubou silou poškodit konektor se mi zatím zaplaťpánbůh nepodařilo, ostatně u přístrojů v kovovém chassis to už není tak jednoduché jako u laciných plasťáků.
Takže shrnu případy hrubého mechanického poškození je zcela jiná kategorie a má jiné příčiny (obvykle pád přístroje s nabíjecím konektorem) nebo neopatrné vytržení konektoru například když s tím člověk zavadí o překážku. Prosím neslučovat takto odlišné kategorie (statistické clustery) a dělat z toho společné závěry.
iron manov oblek ?
Marek Dendes,2018-08-19 15:20:47
Nemal nahodou v prvom a druhom diele Iron Man ten oblek zo zliatiny zlata a platiny ? 2008/2010 :-))
Maj Ti materiáloví mágové utržení z řetězů na té diskošce na obr.1 nějaké kočky alespoň ověšené utrženými žetězy z mechanicky nejodolnější slitiny?
Josef Hrncirik,2018-08-19 09:16:15
Re: Maj Ti materiáloví mágové utržení z řetězů na té diskošce na obr.1 nějaké kočky alespoň ověšené utrženými žetězy z mechanicky nejodolnější slitiny?
Milan Krnic,2018-08-19 22:57:31
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
