Большинство износостойких металлических сплавов в мире созданы лабораторных условиях
Если бы вам когда-либо довелось иметь автомобиль с металлическими шинами, то вы предпочли бы комплект, сделанный из нового сплава, спроектированного в лаборатории SNL — на нём можно было бы 500 раз объехать Землю вокруг экватора, прежде чем бы протектор начал изнашиваться.
Команда специалистов-материаловедов из SNL разработала сплав из платины с золотом, который стал самым износостойким сплавом в мире. Он в 100 раз прочнее самой высокопрочной стали, что делает его первым сплавом или комбинацией металлов в том же классе, что и алмаз и сапфир, самые износостойкие природные материалы.
Подпись к изображению: Исследователь SNL Ник Аргибай показывает, как работает компьютерное моделирование, используемое для прогнозирования беспрецедентной износостойкости их сплава платины с золотом и экологический трибометр для её демонстрации
Хотя металлы обычно считаются износостойкими материалами, но, когда они многократно трутся о другие металлы, например, в двигателе, они изнашиваются и деформируются, если у них нет защитного барьера в виде добавки моторного масла.
В электронике подвижные контакты металл-металл получают аналогичную защиту с помощью напыления наружных слоёв из золота или других сплавов драгоценных металлов. Но эти покрытия дороги. И, в конце концов, они тоже изнашиваются, поскольку контакты трутся друг о друга изо дня в день, год за годом, иногда миллионы, даже миллиарды раз.
С платиново-золотым покрытием SNL только один слой атомов будет потерян на гипотетических шинах после километрового заноса. По словам Ника Аргибая, одного из соавторов изобретения, сверхтонкое покрытие может сэкономить для электронной индустрии более 100 миллионов долларов в год, а также сделать электронную продукцию во многих отраслях более экономичной, долговечной и надёжной — от аэрокосмических систем и ветровых турбин до микроэлектроники для сотовых телефонов и радиолокационных станций.
По правде говоря, комбинация из 90 процентов платины с 10-процентным золотом вовсе не нова — с таким сплавом были знакомы ещё древние металлурги.
Но техника получения сплава совершенно иная. Аргибей и его соавтор Майкл Чандросс предложили новую теорию, согласно которой износ связан с тем, как металлы реагируют на тепло, а не с их твёрдостью. Они с помощью компьютерного моделирования выбрали металлы, пропорции и процесс изготовления, которые могли бы доказать их теорию, а главное — воплотить её в реальный результат.
Тем не менее, в науке всегда есть место сюрпризам. В отдельной статье, опубликованной в Carbon, команда SNL описывает результаты замечательного опыта. Однажды, при измерении износа платинового золота, на нём сверху неожиданно появилась чёрная пленка. Учёные выяснили: это алмазоподобный углерод, одно из лучших в мире искусственных покрытий, гладкое, как графит и твердое, как алмаз. Их сплав создавал собственную смазку, что было просто замечательно.
Алмазный углерод обычно требует особых условий для производства, а тут сплав синтезировал его спонтанно из углеродсодержащих молекул смазки во время трения. В промышленности есть и другие способы сделать это, но они обычно включают вакуумные камеры с высокотемпературной плазмой из углерода, что делает процесс изготовления очень дорогим.
Это явление можно использовать для дальнейшего улучшения уже впечатляющих характеристик сплава, а также привести к более простому и экономичному способу массового производства высококачественной смазки.
Недавно команда SNL опубликовала результаты своих работ в Advanced Materials.
21.08.2018 18:11
