Sciencemag.cz
Doporučujeme
Zpevňování slitin nanočásticemi je pokládáno za nový perspektivní způsob přípravy materiálů. Nanočástice přidávané v průběhu legování dodávají slitinám jedinečné vlastnosti. Tato technologie byla již použita k inovaci vysoce pevných hliníkových slitin a nebo různých ocelí. Problém ale je, že nanočástice mají nízkou tepelnou stabilitu, při vyšších teplotách se různě shlukují nebo degradují. Materiál se v důsledku toho láme, ztrácí nosnost, respektive jiné speciální vlastnosti, které mu nanočástice měly dodat.
Výzkumný tým pod vedením materiálových vědců ze City University of Hong Kong ve své nové studii zjistil, že přizpůsobením koncentrace kobaltu lze přesně řídit jev tzv. pomalé mřížkové difuze slitin s vysokou entropií, což podstatně omezuje degradaci nanočástic při teplotách až 1 000 °C. Mechanicky pevné slitiny s vysokou entropií nové generace by se díky tomu mohly lépe uplatnit např. v leteckém a automobilovém průmyslu nebo v jaderném inženýrství.
Efekt pomalé mřížkové difuze znamená, že difuze jednotlivých prvků ve slitinách s vyšší konfigurační entropií (poznámka: to jsou právě ty slitiny s vysokou entropií obsahují větší počet prvků ve srovnatelných poměrech) je pomalejší než u slitin s nižší. To může potenciálně propůjčit některým slitinám s vysokou entropií pozoruhodnou tepelnou stabilitu. Základní mechanismus pomalého mřížkového difuzního efektu však stále není znám, uvádí průvodní tisková zpráva.
V nové studii vědci kombinací různých experimentálních technik a teoretických simulací zjistili, že kobalt může účinně snížit mřížkovou difuzi v systému slitiny niklu, kobaltu, železa, chromu, hliníku a titanu (NiCoFeCrAlTi), a to snížením koeficientu interdifuze (parametr popisující pohyblivost atomů v materiálu) ostatních prvků. Zvýšená koncentrace kobaltu může dále podstatně snížit průměrnou velikost částic a rovněž zlepšit tepelnou stabilitu těchto nanočástic. Zajímavé na tom je, že kobalt sám o sobě nijak zvlášť žáruvzdorný není; dosud se podobného efektu technologové snažili dosáhnout např. pomocí rhenia (teplota tání až 3 186 °C), ovšem spíš marně.
Bo Xiao et al, Achieving thermally stable nanoparticles in chemically complex alloys via controllable sluggish lattice diffusion, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-32620-6
Zdroj: City University of Hong Kong / Phys.org
