Ученые значительно снизили хрупкость металлических стекол

Ученые и исследователи постоянно изобретают новые различные материалы, которые используют во многих своих изобретениях. Одним из таких материалов являются аморфные металлы, называемые также металлическими стеклами.

Благодаря своей аморфной структуре, металлические стекла могут быть прочными, как сталь, и в то же время пластичными, как полимерные материалы. Кроме того, они отлично проводят электрический ток и обладают высокой коррозийной стойкостью. Такие достоинства материала могли бы сподвигнуть на мысль об использовании его в различной электронике и других сферах науки и техники, если бы не одно но — аморфные металлы обладают высокой степенью хрупкости. Они являются ломкими и неравномерно сопротивляются усталостным нагрузкам, что ставит под вопрос их повседневное использование. Существуют так называемые многокомпонентные аморфные металлы, которые частично решают данную проблему, но для монолитных металлических стекол эта особенность до сих пор актуальна.

Ученые из Лаборатории Беркли и Калифорнийского технологического института после длительных исследований нашли способ повысить прочность объемных металлических стекол. Для изготовления более прочных материалов использовался палладий, усталая прочность которого сравнима с широко используемыми поликристаллическими металлами и сплавами, такими как сталь, титан, алюминий.

Под нагрузкой на поверхности палладиевого металлического стекла образуется полоса сдвига – локальная область значительной деформации, которая принимает ступенчатую форму. При этом по краям трещин, разделяющих «ступени», возникают такие же полосы сдвига, что притупляет вершины трещин и препятствует их дальнейшему распространению, сообщает newscenter.lbl.gov.

Палладий характеризуется своим высоким соотношением модулей объемного сжатия и сдвига, что уменьшает присущую стеклообразным материалам хрупкость. Поскольку образование «многоуровневых» полос сдвига, препятствующих дальнейшему росту трещин, оказывается энергетически более выгодным, чем формирование крупных трещин, приводящих к быстрому разрушению образца. Вкупе с высоким пределом выносливости материала эти механизмы значительно повышают усталостную прочность объемного металлического стекла на основе палладия.