Slitina CrCoNi úspěšně brání šíření trhlin (tmavé skvrny). Kredit: Robert Ritchie/Berkeley Lab.

Jestli má někdo mezi odborníky nejblíže k mágům a alchymistům, jsou to nepochybně materiáloví vědci. Nejenom že používají podobné suroviny, ale vytvářejí substance s podivuhodnými vlastnostmi. A nutno říci, že se jim to daří mnohem lépe, než jejich předchůdcům z minulých staletí.

Robert Ritchie z amerických laboratoří Lawrence Berkeley National Laboratory a jeho kolegové testovali vlastnosti relativně jednoduché slitiny CrCoNi, která je tvořená chromem, kobaltem a niklem. Jde o materiál ze skupiny vysokoentropických slitin (HEA, High entropy alloy). Většinu slitin tvoří jeden dominantní kov s příměsemi, ale vysokoentropické slitiny se skládají ze zhruba stejných či podobných množství obsažených kovů. Díky tomu mívají pozoruhodné vlastnosti, jako je vysoký poměr pevnosti k hmotnosti nebo extrémní pevnost a tažnost.

Robert Ritchie. Kredit: University of California, Berkeley.

Badatelé v předešlém výzkumu zjistili, že zmíněná slitina CrCoNi vykazuje velkou pevnost a průrazuvzdornost při velice nízkých teplotách kolem mínus 196 °C. V novém výzkumu prokázali, že CrCoNi si udržuje excelentní mechanické vlastnosti i při extrémně nízké teplotě mínus 253 °C, při které je například vodík kapalný.

Logo. Kredit: Lawrence Berkeley National Laboratory.

Podle Ritchieho dosahuje průrazuvzdornost slitiny CrCoNi kolem teploty kapalného vodíku obdivuhodných 500 MPa m^1/2. Vyjádřeno ve stejných jednotkách, průrazuvzdornost kusu křemíku je 1, hliníkového rámu dopravních letadel asi 35 a u nejlepších typů oceli kolem 100.

Běžné materiály se v nízkých teplotách stávají více křehkými. Chování slitiny CrCoNi je v tomto směru mimořádné. Vědce proto nesmírně zajímá, čím to je. Použili několik mikroskopovacích a zobrazovacích metod, aby prostudovali strukturu krystalové mřížky slitiny CrCoNi a sledovali její chování při působení tlaku.

Ukázalo se, že podivuhodné vlastnosti slitiny vyplývají ze sérií interakcí mezi atomy, které se odehrávají ve specifickém pořadí. Při působení tlaku na slitinu se mění její vnitřní struktura, přičemž posledním krokem tohoto procesu je přepnutí krystalické mřížky z kubické na hexagonální. Badatelé jsou přesvědčeni, že slitinu CrCoNi bude vzhledem k jejím vlastnostem možné využít v konstrukcích pro extrémní prostředí, například u kosmických sond.

Video: High-entropy alloys: The future of alloying

Literatura

New Atlas 8. 12. 2022.

Science 378: 978–983.