Китайские ученые изрешетили золото, чтобы сделать его прочнее

Ма­те­ри­а­ло­ве­ды из Ки­тая пре­вра­ти­ли обы­ч­ный де­фект в ме­тал­ли­че­ских спла­вах в ко­м­по­нент, по­вы­ша­ю­щий его проч­но­сть. Спе­ци­а­ли­сты со­з­да­ли чи­стое зо­ло­то с на­но­раз­мер­ны­ми от­вер­сти­я­ми, рав­но­мер­но рас­пре­де­лен­ны­ми по ме­тал­лу. Но­вый ме­тод об­ле­г­чил ма­те­ри­ал, сде­лал его проч­нее и пла­сти­ч­нее, что мо­жет рас­ши­рить воз­мо­ж­но­сти при­ме­не­ния та­ко­го зо­ло­та.

Су­ще­ству­ет мно­же­ство спо­со­бов сде­лать ме­талл проч­нее. Мо­ж­но сме­шать раз­ли­ч­ные ко­м­по­нен­ты для жа­ро­проч­но­го, устой­чи­во­го к кор­ро­зии или ма­г­ни­т­но­го спла­ва. Есть ме­то­ды хи­ми­че­ской об­ра­бо­т­ки, ко­то­рые упроч­ня­ют ме­талл, на­при­мер азо­ти­ро­ва­ние. Дав­но из­ве­ст­ны раз­но­об­раз­ные тех­но­ло­гии за­кал­ки и то­му по­доб­ное.

Сей­час в про­мы­ш­лен­но­сти рас­тет спрос на ле­г­кие и проч­ные ме­тал­лы, по­сколь­ку про­из­во­ди­те­ли стре­мят­ся к энер­го­эф­фек­тив­но­сти и эко­ло­ги­ч­но­сти. Сни­зить вес де­та­лей мо­ж­но при по­мо­щи бо­лее ле­г­ких ме­тал­лов в со­ста­ве, на­при­мер алю­ми­ния, но ма­те­ри­а­ло­ве­ды ищут воз­мо­ж­но­сти сде­лать на­о­бо­рот — со­з­дать за­го­то­в­ки с пу­сто­та­ми, не по­те­ряв при этом в ка­че­стве. Но тут воз­ни­ка­ет про­б­ле­ма, ведь пу­сто­ты — это де­фект, ко­то­рый по­ро­ж­да­ет тре­щи­ны и в це­лом де­ла­ет ме­талл хру­п­ким.

На днях в жур­на­ле Science груп­па ис­сле­до­ва­те­лей из Ки­тая опуб­ли­ко­ва­ла ста­тью, где рас­ска­за­ла о но­вом ме­то­де упроч­не­ния зо­ло­та при по­мо­щи от­вер­стий. Спе­ци­а­ли­сты при­го­то­ви­ли чи­стое зо­ло­то с рав­но­мер­но рас­про­стра­нен­ны­ми в нем на­но­пу­сто­та­ми — они об­ра­зо­ва­лись по­с­ле уда­ле­ния се­реб­ря­ных вклю­че­ний из спла­ва с по­мо­щью кор­ро­зии.

Раз­мер этих пор со­став­лял око­ло 30 на­но­мет­ров, и что­бы они не осла­би­ли ме­талл, уче­ные сжи­ма­ли и на­гре­ва­ли ис­сле­ду­е­мые об­раз­цы при те­м­пе­ра­ту­ре 424,85 °C. Не­об­хо­ди­мо бы­ло спрес­со­вать ме­талл до кри­ти­че­ской пло­т­но­сти, что­бы по­ри­стая струк­ту­ра ста­ла за­кры­той. По­с­ле об­ра­бо­т­ки мно­гие пу­сто­ты пре­вра­ти­лись в сфе­ры с ми­ни­маль­ным ди­а­мет­ров 18 на­но­мет­ров.

Что­бы про­ве­рить, как из­ме­ни­лись ме­ха­ни­че­ские ха­ра­к­те­ри­сти­ки зо­ло­та, ма­те­ри­а­ло­ве­ды взя­ли ма­лень­кие об­раз­цы с раз­но­раз­мер­ны­ми от­вер­сти­я­ми (18-180 на­но­мет­ров в ди­а­мет­ре) и рас­тя­ну­ли. Вы­яс­ни­лось, что проч­ность пе­р­фо­ри­ро­ван­но­го зо­ло­та рос­ла, ес­ли сред­ний раз­мер пор был мень­ше, но при этом все об­раз­цы по­ка­за­ли се­бя луч­ше, чем не­об­ра­бо­тан­ное зо­ло­то. Пре­дел те­ку­че­сти по­ри­сто­го ме­тал­ла был по­чти на 107% вы­ше, а от­но­ше­ние проч­но­сти к ве­су вы­рос­ло на 118% при до­бав­ле­нии 5% пу­стот.

Как от­ме­ча­ют ис­сле­до­ва­те­ли, не­ко­то­рые об­раз­цы с осо­бен­но боль­ши­ми по­ра­ми по­ка­за­ли и вы­со­кую пла­сти­ч­ность вме­сте с ро­стом проч­но­сти. Ос­но­в­ное от­ли­чие но­вой тех­но­ло­гии от обы­ч­ных по­ри­стых ме­тал­лов в том, что от­вер­стия в ис­сле­ду­е­мом зо­ло­те рас­пре­де­ле­ны рав­но­мер­но, что ми­ни­ми­зи­ру­ет кон­цен­тра­цию на­пря­же­ния в од­ном ме­сте. И для луч­ше­го укре­п­ле­ния ме­тал­ла по­ры сто­ит де­лать мень­ше, по­то­му что вме­сте с ни­ми умень­ша­ют­ся и об­ла­сти вы­со­ко­го на­пря­же­ния при на­груз­ке. Пре­дел на­хо­ди­т­ся в рай­о­не 101-102 на­но­мет­ров — проч­ность при та­ком ди­а­мет­ре рас­тет без по­те­ри пла­сти­ч­но­сти.

Но­вый под­ход бо­лее на­уч­но мо­ж­но на­з­вать ко­м­по­нен­том с ну­ле­вой мас­сой. Отвер­стия мо­гут об­ле­г­чить ме­талл на 10%, при этом улуч­шая его фи­зи­че­ские ха­ра­к­те­ри­сти­ки. Пер­фо­ри­ро­ван­ное зо­ло­то мо­ж­но бу­дет при­ме­нять в элек­тро­ни­ке для об­ра­бо­т­ки кон­та­к­тов, но ис­сле­до­ва­те­ли пла­ни­ру­ют ис­пы­тать ме­тод с ме­дью, ко­то­рая ча­ще зо­ло­та ис­поль­зу­ет­ся в та­ких устрой­ствах.