"Мы обратили внимание на тот факт, что структура сплава при эксплуатации неизбежно будет меняться. Поэтому мы создали сплав с изначально низкой прочностью. При этом под нагрузкой он будет все более стойким к усталости металла", – рассказал один из разработчиков, профессор Университета им. Монаша (Австралия) Кристофер Хатчинсон.

Алюминий и его сплавы широко используются в быту и промышленности, уступая в популярности лишь стали. Особенно часто алюминиевые сплавы применяют в авиации и других отраслях, где нужна комбинация из низкой массы и высокой прочности.

Главный недостаток всех форм алюминия заключается в том, что высокопрочные материалы на его основе особенно сильно подвержены так называемой усталости металла. Так ученые называют процесс накопления в структуре металлических изделий микротрещин и повреждений под действием циклических нагрузок или деформаций. Эти повреждения резко меняют их свойства, из-за них некоторые детали или вся конструкция в целом часто разрушаются.

Защита металла от усталости

Хатчинсон и его коллеги выяснили, что алюминиевые сплавы можно сделать гораздо более стойкими к усталости металла. К такому выводу они пришли, изучая, как внутреннее устройство трех подобных материалов, которые состояли из меди, магния, кремния и цинка, влияло на то, как быстро на их поверхности и в толще скапливались трещины и другие повреждения.

Опыты показали, что главная причина усталости металла заключалась в неоднородности структуры таких сплавов. Внутри них ученые обнаружили особые зоны, которые не изменили своей структуры в ходе так называемого "старения металла" – особого технологического процесса, который повышает прочность сплава.

Эти участки были значительно мягче остальных областей сплава, из-за чего они сильнее реагировали на циклические деформации и другие механические нагрузки. В результате на границе между ними и более прочными регионами возникает множество микротрещин, из-за чего в итоге и проявляется усталость металла.

Металлурги решили эту проблему. Они обратили внимание, что при механических нагрузках атомы алюминия могут легко мигрировать внутри подобных зон даже при комнатной температуре. Руководствуясь этой идеей, ученые создали новый тип сплава, который изначально был мягче прежних аналогов. При этом за счет миграции атомов он постепенно становился более прочным.

Дальнейшие наблюдения показали, что благодаря этому ученые повысили стойкость алюминиевых сплавов к усталости металла примерно в 25 раз. Разработчики надеются, что их подход поможет алюминиевой промышленности решить одну из главных ее проблем, с которой ученые и инженеры безуспешно боролись на протяжении более полувека.