Магний имеет ряд потенциальных преимуществ в инженерном деле. Он считается самым легким из конструкционных металлов (тех, что способны выдержать высокую нагрузку в зданиях и автомобилях) и это восьмой самый распространенный элемент в земной коре. С другой стороны, он не такой прочный и долговечный как некоторые ее аналоги. Ученые теперь сообщают, что чтобы преодолеть его основные ограничения можно вливать в него наночастицы карбида кремния для формирования нового типа супер-прочного композитного материала.
«Наночастицы могут действительно увеличить прочность металлов, не нарушая их пластичность, особенно легких металлов, таких как магний, но нет группы где смогли бы разойтись керамические наночастицы в расплаве металлов до сих пор», — говорит Хиачун Ли, профессор механической и аэрокосмической инженерии в университете Калифорнии в Лос-Анджелесе и руководитель исследовательской группы.
Предыдущие попытки смешения металлов с микро-керамическими частицами вызвали потери в пластичности материала. Исследователи стремились преодолеть эту проблему путем работы с керамическими частицами нанометрового диапазона, которые делают металл сильнее при застывании, а иногда даже улучшая ее пластичность. Но это наводит на другие проблемы, так как наноразмерные частицы склонны группироваться в металле, а не рассеиваться равномерно.
Команда исследователей сделала прорыв обнаружив новый производственный подход, предусматривающий использование карбида кремния, сверхтвердого керамического, который обычно встречается в промышленных лезвиях. Карбид кремния раскладывается на наночастицы размером менее 100 нанометров и могли быть рассеяны в расплавленном магниевом сплаве цинка таким образом, что кинетическая энергия частицы в движении предотвращает их слипание.
Материал затем сжимается с помощью кручения под гидростатическим давлением, где сжимающее усилие и кручение разносят карбид равномерно по всей площади металла. Этот подход стал очень популярным за последние два десятилетия, поскольку он помогает достичь высокого уровня прочности и измельчения зерна на нанометровом уровне.
Полученный композит состоит из около 14 процентов наночастиц карбида кремния и 86 процентов магния. В тестировании, команда обнаружила, что материал продемонстрировал рекордные показатели удельной прочности и жесткости к весу. Кроме того, он также показал превосходную стабильность на высоких температурах.
