Обнаружена аномалия. Металлы становятся более прочными при нагревании: как это может быть

Фото: phys.org

Известно, что металлы плавятся при нагревании и становятся мягче. Но авторы нового исследования, опубликованного в журнале Nature, обнаружили, что металлы наоборот могут становиться более прочными при высокой температуре. Это происходит во время столкновения с движущимся со сверхвысокой скоростью объектом. В таких условиях медь может быть такой же прочной, как сталь. Ученые считают, что это открытие поможет в создании новых материалов для тепловых щитов космических кораблей или гиперзвуковых самолетов, пишет Techxplore.

По словам ученых, новое открытие противоречит десятилетиям прошлых исследований и является очень неожиданным. Учитывая тот факт, что металлы могут становиться прочнее при высокоскоростных ударах, то это поможет улучшить защиту космических кораблей, которые подвергаются слишком быстрым ударам метеоритов. Также новое открытие можно применить при высокоскоростных операциях механической обработки металлов.

Для обнаружения неожиданного свойства металлов ученые использовали удары крошечных частиц из оксида алюминия, которые являются очень твердыми на листы из таких металлов как медь, титан и золото. Под действием лазерных лучей частицы достигали скорости в несколько сотен метров в секунду. В результате ученые получили первое прямое экспериментальное доказательство аномального теплового эффекта, когда прочность металлов увеличивалась при большом нагреве. Авторы исследования считают, что и другие металлы могут иметь такие же неожиданные свойства.

По словам ученых, удивительная способность металлов становится прочнее при высоких температурах в результате ударов высокоскоростных объектов, является результатом того, как упорядоченные массивы атомов, которые составляют кристаллическую структуру металлов, движутся в разных условиях.

Существует три отдельных эффекта, которые способствуют деформации металлов по высоким давлением и высокой температуре, но только один из них под названием усиление сопротивления, меняет свое влияние, когда скорость деформации пересекает определенный порог.

За пределами этого порога более высокая температура увеличивает активность фононов, то есть звуковых или тепловых волн, внутри металлов. Фононы взаимодействуют с участками кристаллической решетки таким образом, что ограничивают способность к деформации металлов. Этот эффект усиливается, когда скорость ударов и температура растет, объясняют ученые.

В то же время авторы исследования говорят, что в какой-то момент из-за слишком высокой температуры металлы все же начнут плавиться и становиться мягкими. Но пока неизвестно, когда именно это происходит.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист AOinform