نشکستنی‌ترین ماده جهان / آلیاژی از کروم، کبالت و نیکل

این آلیاژ استحکام و شکل‌پذیری (مفتول‌پذیری) فوق العاده بالایی از خود نشان داده است تا جایی که تیمی از دانشمندان آن را «تحمل فوق‌العاده آسیب» نامیده اند. علاوه بر این و به طور غیرمنتظره‌ای این ویژگی‌ها با سردتر شدن ماده مورد اشاره افزایش می‌یابد که این مساله پتانسیل جالبی برای کاربرد این ماده در محیط‌های برودتی شدید را نشان می‌دهد.

«ایسو جورج» متالورژیست و رئیس بخش تئوری و توسعه آلیاژ پیشرفته در آزمایشگاه ملی «اوک ریج» و دانشگاه تنسی می‌گوید: هنگامی که مواد ساختاری را طراحی می‌کنید، می‌خواهید محکم باشند و در عین حال انعطاف‌پذیر بوده و در برابر شکستگی هم مقاومت داشته باشد. به طور معمول در ساخت چنین موادی بین این ویژگی‌ها سازش و توازنی شکل می‌گیرد اما این ماده هر دو ویژگی‌ را دارد و به جای اینکه در دماهای پایین شکننده شود، سخت‌تر می شود.

استحکام، شکل‌پذیری و محکمی سه ویژگی هستند که میزان دوام یک ماده را تعیین می کنند. استحکام ماده مقاومت آن را در برابر تغییر شکل توصیف می کند و شکل پذیری این مساله را توصیف می‌کند که آن ماده تا چه حدی چکش‌خور است. این دو ویژگی به محکمی کلی ماده و مقاومت آن در برابر شکست کمک می کند. محکمی شکست (Fracture toughness) نیز مقاومت در برابر شکست بیشتر در ماده‌ای است که از قبل دچار شکاف و شکست شده است.

جورج و همکارانش مدتی را صرف کار روی دسته ای از مواد به نام آلیاژهای با آنتروپی بالا (HEA) کرده اند. بیشتر آلیاژها از یک ماده غالب با نسبت‌های کمی از مواد دیگر ساخته شده‌اند اما آلیاژهای با آنتروپی بالا حاوی عناصری هستند که به نسبت مساوی مخلوط شده اند.

یکی از این آلیاژها CrMnFeCoNi با ترکیب کروم، منگنز، آهن، کبالت و نیکل است و پس از اینکه دانشمندان متوجه استحکام و شکل‌پذیری آن در دمای نیتروژن مایع بدون کاهش محکمی آن شدند، این آلیاژ موضوع تحقیقات بیشتری قرار گرفت.

یکی از مشتقات این آلیاژ با ترکیب کروم، کبالت و نیکل (CrCoNi) حتی ویژگی‌های استثنایی‌تری را نشان داده است. جورج و تیم تحقیقاتی او این آلیاژ را تحت آزمایش و بررسی خاصی قرار دادند و به نتایج جالبی رسیدند.

میزان استحکام این ماده در نزدیک دمای هلیوم مایع (منفی ۲۵۳ درجه سانتی‌گراد) در حد ۵۰۰ مگاپاسکال است در حالی که استحکام برخی از بهترین فولادها در حدود ۱۰۰ است. این محققان همچنین با روش انکسار نوترونی (neutron diffraction) ساختار مولکولی و روش کار این آلیاژ را بررسی کردند.

۵۸۵۸