Металлы, которые можно изгибать как каучук, способны открыть новые области применения. Такие металлы – так называемые «каучуковые» металлы – уже существуют. Но механизм их поведения был всё ещё не определён. Учёные-материаловеды из отделения исследования железа немецкого Института Макса Планка (Max-Planck-Institut für Eisenforschung - MPIE), наблюдали новую фазу трансформации в сплаве титана, которая может помочь в понимании этого механизма.

Используя рентгеновские лучи, они обнаружили внутреннюю структуру специального сплава, состоящего из титана, ниобия, тантала и циркония. Этот титановый сплав демонстрирует некоторые необычные механические свойства при механическом напряжении: будучи деформированным, он не становится более твёрдым или более хрупким, как это обычно происходит с металлами, а вместо этого он делается пластичным почти как мёд.

Выражаясь научными терминами, этот сплав обладает очень низким коэффициентом упругой деформации и очень высокой пластичностью, как отмечает директор Института MPIE г-н Дирк Раабе (Dierk Raabe). Это делает сплав чрезвычайно привлекательным для областей применения в различных отраслях.

Немецкие учёные обнаружили особенности в наноструктуре сплава, используя различные методы, такие как рентгеновская технология, просвечивающая электронная микроскопия и атомно-зондовая томография. Титановые сплавы обычно существуют в двух различных фазах. При комнатной температуре атомы обычно находятся в так называемой альфа-фазе, при высоких температурах они переходят в бета-фазу. Металлы проявляют различные свойства в зависимости от того, в какой фазе они находятся. «Каучуковые» металлы, главным образом, состоят из бета-фазы, которая стабильна при комнатной температуре в случае этих сплавов.

При помощи рентгеновских лучей в центре ускорителей DESY в Институте Макса Планка учёные смогли провести анализ кристаллической структуры сплава во время фазового перехода. Когда рентгеновские лучи светят на образец, излучение отражается кристаллической решёткой. При этом создаётся отчётливая картина отражений, так называемая дифрактограмма, на основании которой можно определить относительные положения атомов, или, другими словами, кристаллическую структуру, которую они принимают, как объясняет г-жа Анна-Кристин Диппель (Ann-Christin Dippel), руководитель экспериментов с применением рентгеновских лучей, проводимых на измерительной станции в центре DESY.

Таким образом, исследователи из Института MPIE обнаружили новый механизм во время фазового превращения. Команда учёных увидела новую структуру, которая образуется, когда бета-фаза переходит в альфа-фазу: омега-фаза. Если бета-фазу быстро охладить с высокой температуры, некоторые атомы меняют положение, чтобы энергично принять более благоприятное положение альфа-фазы. Движения этих атомов приводят к механическому напряжению вдоль границы фаз, почти так же, как если бы различные фазы надвигались друг на друга. Когда такое напряжение превышает критическое значение, образуется новое расположение атомов, так называемая омега-фаза.

Эта новая открытая структура возникает только тогда, когда напряжение возникает на границе фаз, и это ускоряет переход альфа-фазы в бета-фазу. Она может существовать только между двумя другими фазами, потому что она стабилизуется ими. Когда напряжение снижается ниже критического значения из-за нового слоя, образуется новый слой альфа-фазы на границе с омега-фазой. В результате образуется микроструктура, состоящая из множества слоёв, некоторые из них на атомной шкале, каждый имеет отличную от других структуру. Переход также происходит, когда прилагаются статические силы, и это полностью обратимое превращение.

RusCable.Ru