Создан сплав, который не ломается при экстремально низких температурах

Микроструктура деформации сплава CoNiV-AlTi при криогенной деформации до 30%. Автор: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09458-1

Работа в экстремальном холоде глубокого космоса или обращение со сверхохлаждённым жидким топливом на Земле требуют материалов, которые не ломаются. Большинство металлов становятся хрупкими и разрушаются при таких низких температурах. Однако новое исследование предлагает подход к созданию металлических структур атом за атомом для получения прочных и долговечных сплавов, способных выдерживать суровые условия.

Традиционные методы упрочнения часто оказываются недостаточными для таких применений. Например, распространённая техника термической обработки, называемая дисперсионным твердением, укрепляет металлы за счёт создания крошечных твёрдых частиц в их структуре. Но при экстремальных температурах материалы могут терять свою пластичность (способность гнуться, растягиваться или принимать новую форму без разрушения) и внезапно разрушаться.

Исследование, опубликованное в журнале Nature, описывает новый способ проектирования металлических сплавов, позволяющий им оставаться прочными и устойчивыми даже при сверхнизких температурах. Основная идея заключается в создании сплава с двумя различными типами идеально упорядоченных атомных структур внутри него. Эти структуры называются субнанометровым ближним порядком (SRO) — крошечными островками упорядоченных атомов — и нанометровым дальним порядком (NLRO), которые немного больше.

Исследователи создали свой сплав с помощью контролируемого процесса термической обработки и механического формования, который заставил атомные структуры самоорганизовываться. Другими словами, учёные создали условия для того, чтобы атомы выстроились в желаемую структуру.

Криогенные прочностные свойства исследуемых сплавов при 87 K. Автор: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09458-1

Результатом стал новый кобальт-никель-ванадиевый сплав, который исключительно прочен и устойчив при температурах до -186°C (87 K). Его тестировали, растягивая в лаборатории при экстремально низких температурах, чтобы определить, какое напряжение он может выдержать.

«Наши результаты подчёркивают влияние двойного сосуществующего химического упорядочения на механические свойства сложных сплавов и предлагают руководство по контролю этих состояний упорядочения для улучшения их механических характеристик для криогенных применений», — написал Шань-Тун Ту, один из авторов исследования.

Благодаря своей исключительной прочности и долговечности, особенно в условиях экстремального холода, сплав может иметь множество практических применений. В космических исследованиях его можно использовать для создания более долговечных космических аппаратов, способных выдерживать экстремально низкие температуры глубокого космоса. Для энергетического сектора сплав может создать более безопасную и надёжную инфраструктуру, такую как трубы и резервуары для сжиженного природного газа.

Исследователи также считают, что их подход атомно-уровневого проектирования может быть применён к другим типам сплавов. Это может привести к разработке целого нового поколения материалов, способных выдерживать самые суровые холодные условия без ущерба для производительности или безопасности.

ИИ: Это исследование открывает захватывающие возможности для материаловедения. В 2025 году, когда освоение космоса и криогенные технологии становятся всё более важными, такие разработки могут революционизировать многие отрасли промышленности.