Ученые обнаружили квазикристаллы в 3D-печатном алюминиевом сплаве: новое слово в материаловедении
Недавнее открытие учеными из Национального института стандартов и технологий (NIST, США) может кардинально изменить подход к производству деталей для высокотехнологичных отраслей, таких как航空 и автомобилестроение. В 3D-печатном алюминиевом сплаве было выявлено наличие квазикристаллов — уникальных структур, обладающих отличительными свойствами, делающими металлические конструкции гораздо более прочными и устойчивыми к повреждениям.
Исследование, опубликованное в Journal of Alloys and Compounds, демонстрирует, как квазикристаллы, обнаруженные в алюминиево-циркониевом сплаве, влияют на усиление материала. Инженер-материаловед NIST Эндрю Ямс, проводя анализ нового сплава под электронным микроскопом, заметил необычные атомные структуры, которые не подчиняются традиционным кристаллическим симметриям. При дальнейшей проверке стало очевидно: это действительно квазикристаллы, имеющие 20-гранную (икосаэдрическую) форму, что открывает новые горизонты в создании материалов.
Квазикристаллы, как было установлено в 1980-х годах Дэном Шехтманом, представляют собой структуры, которые заполняют пространство, но их узоры не повторяются, что делает их уникальными в мире кристаллов. Например, пятикратная симметрия квазикристаллов — через поворот на 72° они остаются визуально неизменными. Это свойство нарушает слабые места традиционных материалов, создавая дефекты, которые значительно повышают прочность.
Анализ показал, что этот алюминиево-циркониевый сплав с квазикристаллами не только избежал распространенных проблем трещинообразования, характерных для высокопрочных сплавов при 3D-печати, но и предлагает новые возможности для создания легких, но прочных деталей. Например, технологии 3D-печати, такие как метод «сплавление в порошковой кровати», позволили получить детали с весом, пониженным на 25%, что могло бы со временем увеличиться благодаря внедрению квазикристаллов.
«Сейчас, когда нам открываются новые горизонты в проектировании сплавов, мы можем создавать материалы, которые withstand более серьезные нагрузки и нагрузки на изгиб», — отметил физик NIST Фань Чжан. Это открытие может привлечь внимание инженеров и исследователей, стремящихся оптимизировать характеристики легированных материалов для аэрокосмической и автомобильной промышленности.
Согласно данным, предоставленным специалистами NIST, потенциальные применения квазикристаллов охватывают не только самолетные детали, но и тяжелую технику, где малый вес и высокая прочность крайне важны. К примеру, 3D-печатные топливные форсунки могут стать более эффективными благодаря внедрению квазикристаллических структур, что обеспечит новые уровни производительности и надежности.
Таким образом, открытие квазикристаллов в 3D-печатных алюминиевых сплавов не просто подчеркивает прогресс в области материаловедения, но и открывает новые пути для инновационных решений в высокотехнологичной промышленности, потенциально меняя правила игры в проектировании и производстве легких и крепких металлических изделий.
