Prevratná kovová zliatina prekonáva doterajšie hranice materiálovej vedy

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Nový materiál si zachováva extrémnu húževnatosť aj pri teplotách okolo -196 °C.

• Zliatina odoláva šíreniu trhlín lepšie než akýkoľvek doteraz známy kov.

• Objav má potenciál revolučne zmeniť výrobu motorov a vesmírnu infraštruktúru.

Koncom roka 2025 ohlásili materiáloví vedci objav, ktorý by mohol byť považovaný za svätý grál metalurgie. Ide o novú, takmer nezničiteľnú kovovú zliatinu s označením CrCoNi. Tento materiál prekonáva fyzikálne bariéry, ktoré po stáročia obmedzovali použitie kovov v extrémnych podmienkach.

Materiál patrí medzi takzvané vysokoentropické zliatiny, ktoré kombinujú viacero prvkov v takmer rovnakých pomeroch. Na rozdiel od tradičnej ocele nie je postavený na jednom dominantnom kove s malými prímesami. Výsledkom je unikátna kryštálová mriežka, ktorá vykazuje mimoriadne mechanické vlastnosti.

Najpozoruhodnejšou vlastnosťou tejto zliatiny je jej správanie pri extrémne nízkych teplotách. Bežné kovy v mraze krehnú a pri náraze sa trieštia ako sklo. Testy však preukázali, že CrCoNi vykazuje bezprecedentnú húževnatosť aj v prostredí tekutého dusíka pri teplote -196 stupňov Celzia.

Vedecká obec zdôrazňuje, že odolnosť materiálu voči praskaniu sa s klesajúcou teplotou paradoxne zvyšuje. Pri izbovej teplote 298 K vykazuje zliatina medzu klzu približne 691 megapascalov. Po ochladení na kryogénnych 77 K sa táto hodnota zvýši na úctyhodných 944 megapascalov.

Tento nárast pevnosti o viac ako 50 % je v priamom rozpore s klasickými metalurgickými modelmi. Extrémna lomová húževnatosť dosahuje pri teplote 20 K hodnotu až 459 megapascalov na odmocninu metra. To robí z tejto zliatiny najodolnejší materiál, aký kedy vedci merali v laboratórnych podmienkach.

Zliatina by mohla priniesť revolúciu do letectva a kozmonautiky, kde sú materiály vystavené drsným podmienkam. Umožnila by konštrukciu bezpečnejších nádrží na skvapalnený vodík, ktorý je kľúčový pre zelenú energiu. Vodík vyžaduje skladovanie pri extrémne nízkych teplotách, čo doteraz predstavovalo bezpečnostné riziko.

Materiál sa vyrába pomocou pokročilej metódy laserového práškového tavenia, známej ako LPBF. Tento proces aditívnej výroby vytvára hierarchické mikroštruktúry, ktoré bránia šíreniu trhlín na atomárnej úrovni. Počas deformácie sa v materiáli tvoria nano-dvojčatá a dochádza k fázovým transformáciám.

Tieto vnútorné zmeny pohlcujú mechanickú energiu a zabraňujú katastrofálnemu zlyhaniu súčiastky. Okrem sily si zliatina zachováva aj vynikajúcu odolnosť voči korózii v agresívnych chemických prostrediach. To z nej robí ideálneho kandidáta pre komponenty v jadrových elektrárňach novej generácie.

Hoci je výroba týchto zliatin momentálne drahšia, odborníci predpokladajú postupné znižovanie nákladov. Technológia dizajnovaných materiálov ušitých na mieru konkrétnym potrebám mení tvár globálneho priemyslu. Už sa nemusíme spoliehať na vlastnosti, ktoré nám ponúka čistá príroda.

Môžeme manipulovať s usporiadaním atómov tak, aby sme dosiahli predtým nemožné parametre. Tento kov je dôkazom, že limity inžinierstva sú definované len našou schopnosťou inovovať. Materiál, ktorý sa kedysi zdal byť len v ríši sci-fi, je teraz pripravený na nasadenie. Budúci výskum sa zameria na vytvorenie ešte ľahších verzií tohto kovu pomocou dusíkového dopovania.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ:

Objav kovu, ktorý sa pri extrémnych teplotách stáva húževnatejším, odstraňuje najväčšie prekážky v bezpečnej preprave vodíka a v konštrukcii zariadení pre hlboký vesmír.

^{Zdroj: popularmechanics.com foto: depositphotos.com}