Top.Mail.Ru
28 октября 2026
Наука • Космос • Технологии • Новая реальность
Сейчас
Наука

Ниобий-титановые сплавы сохранили пластичность и трещиностойкость при охлаждении до 20 кельвинов

Два экспериментальных сплава на основе ниобия и титана сохранили устойчивость к разрушению при температуре 20 кельвинов, или около −253 °C. Учёные установили, что при охлаждении материалы формируют новые кристаллические дефекты, благодаря чему продолжают деформироваться и не переходят в хрупкое состояние. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.

Большинство металлов при снижении температуры становится прочнее, однако некоторые из них одновременно теряют способность противостоять трещинам. К таким материалам относятся железо, вольфрам и хром — металлы с объёмно-центрированной кубической решёткой. При охлаждении движение дислокаций, то есть линейных дефектов кристаллической структуры, затрудняется, и металл уже не может достаточно эффективно перераспределять напряжение возле трещины.

Международная группа под руководством специалистов Калифорнийского университета в Беркли, Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и Оксфордского университета проверила поведение ниобий-титановых сплавов при температуре −424 °F. Образцы охлаждали газообразным гелием на приборе Engin-X источника нейтронов и мюонов ISIS в Оксфордшире. Затем их помещали под нейтронный пучок и растягивали с двух сторон, измеряя выдерживаемую нагрузку и удлинение перед разрушением.

Исследование структуры показало, что возле трещин и внутри металла возникают наномасштабные двойники — участки кристалла с зеркальной ориентацией. Одновременно происходило локальное изменение кристаллической структуры. Электронная микроскопия, анализ распределения отдельных элементов с помощью атомного зонда и компьютерное моделирование позволили установить, как эти процессы связаны между собой.

  Физики смогли поднять критическую температуру сверхпроводника Hg-1223 до -122 °C

Когда новые структурные участки достигали границ между соседними кристаллами, там появлялись зоны повышенного напряжения. Они запускали образование новых дислокаций, которые помогали сплаву поглощать нагрузку и продолжать деформироваться, даже если прежние дислокации уже почти не перемещались. По словам ведущего автора работы Дэвида Кука, ранее переход к хрупкости связывали главным образом с подвижностью существующих дислокаций, однако способность материала создавать новые дефекты на границах также может иметь решающее значение.

Оксфордский соавтор исследования Донг Лю отметил, что сплавы сохраняли устойчивость к повреждениям даже при 20 кельвинах. Совместная работа двойникования и фазового превращения позволила материалам проявлять пластичность до начала обычного движения дислокаций. Такой подход может помочь создавать конструкционные металлы для оборудования, работающего при экстремально низких и высоких температурах, в том числе в энергетике, транспорте и аэрокосмической отрасли.