Badacze z MatE (Department of Materials Engineering) w IISc (Indian Institute of Science), przezwyciężyli najważniejsze trudności w strukturalnej metalurgii stopów aluminium, otrzymując nowy, lekki stop odlewniczy, wykazujący zarówno wyjątkową wytrzymałość mechaniczną, jak i niespotykaną ciągliwość.
Zdaniem naukowców, nowy stop jest o 400% bardziej ciągliwy i o 50% wytrzymalszy od typowych kompozycji eutektycznych. Co więcej, utrzymuje on swoje właściwości w podwyższonej temperaturze – do 250 °C. Stop o takich właściwościach byłby bardzo pożądany w produkcji motoryzacyjnej, w branży lotniczej i w energetyce.
Odlewnicze stopy aluminium są cenione za stosunkowo niską masę i niewielki koszt produkcji. Ich wytrzymałość ograniczają jednak mikroskopijnych rozmiarów włókna, wytrącające się w ich strukturze. Pełnią one rolę ognisk, z których rozchodzą się pęknięcia materiału. W warunkach obciążenia odpowiadają za utratę ciągliwości i niezawodności konstrukcji, powodując przedwczesne zerwanie metalu.
Zaproponowane rozwiązanie tego problemu jest oparte na wprowadzeniu drobnej ilości cyrkonu w strukturze stopu Al-Gd i odpowiedniej obróbce cieplnej. W konsekwencji, wokół włóknistych struktur eutektyki kształtuje się warstewka SNL (superlattice nano-layer). Nanostrukturalne cząstki występują też w matrycy α-Al, przyjmując postać elementów typu core-shell. Obecność SNL zapobiega narastaniu dyslokacji na kruchym interfejsie pomiędzy włóknami a matrycą w strukturze stopu i koncentracji naprężeń. Z kolei w matrycy α-Al nanostruktury typu core-shell, odpowiadają za formację siatki drobnych dyslokacji podczas odkształceń, dzięki czemu materiał wytrzymuje znaczne odkształcenia. Badania wykazały także odporność opracowanej kompozycji stopowej na pełzanie w podwyższonej temperaturze.
Jak przekonuje dr Surendra Kumar Makineni z MatE, nowy stop wyznacza kierunek w stronę nowej generacji materiałów konstrukcyjnych na potrzeby branży lotniczej, energetyki i motoryzacji.
iisc.ac.in
