لقد ظهرت مادة رائدة تتحدى الفهم التقليدي للقوة والمتانةالعلماء في مختبر لورانس بيركلي الوطني ومختبر أوك ريدج الوطني قد طوّروا سبيكة CrCoNi عالية الإنتروبيا، هو مزيج ملحوظ من الكروم، الكوبالت، والنيكل الذي يظهر صلابة غير مسبوقة، وخاصة في البيئات الباردة الشديدة.
يمثل CrCoNi انحرافًا كبيرًا عن مبادئ تصميم السبائك التقليدية. على عكس السبائك التقليدية التي تعتمد على عنصر مهيمن واحد،سبائك عالية الإنتروبيا (HEAs) تتضمن عناصر متعددة بنسب متساوية تقريبًاهذا النهج المبتكر يخلق مواد ذات خصائص استثنائية كانت غير ممكنة في السابق.
في حين تم اقتراح مفهوم HEAs منذ عقدين من الزمن ، سمحت التقدم الأخير في تقنيات اختبار المواد للباحثين باستكشاف إمكاناتها بالكامل.وقد أظهر سبيكة CrCoNi خصائص ملحوظة بشكل خاص في ظل ظروف شديدة.
بروفيسور روبرت ريتشي من جامعة كاليفورنيا في بيركلي والبروفيسور إياسو جورج من جامعة تينيسي قد قادوا أبحاث CrCoNi.بدأ بحثهم الذي استمر عشر سنوات بملاحظات صلابة السبائك الاستثنائية في درجات حرارة النيتروجين السائل (-200 درجة مئوية)ثم دفع الفريق بحثهم إلى درجات حرارة الهيليوم السائل (-250 درجة مئوية) لاستكشاف الحدود النهائية للأداء للمادة.
الصلابة، وهي القياس الحاسم لمقاومة المادة للكسر، تجمع بين القوة (مقاومة التشوه) والمرونة (قدرة التشوه قبل الكسر).وتشمل طرق الاختبار تطبيق التوتر حتى الكسر أثناء قياس القوة المطلوبة، أو قياس القوة اللازمة لنشر الشقوق الموجودة مسبقا.
نتائج فريق البحث، نشرت في المجلة المرموقةالعلم، وتفصيل أداء CrCoNi في درجات حرارة الهيليوم السائل. باستخدام تقنيات متقدمة بما في ذلك انقطاع النيوترونات، وانقطاع إلكترونات التناثر العكسي،قام العلماء بتحليل كيفية بناء السبائك الذرية للمساهمة في قوتها الاستثنائية.
"في درجات حرارة قريبة من الهيليوم السائل (20 كلفين، -424 درجة فهرنهايت) ، وصلت صلابة هذا المواد الكسر 500 MPa√m. لوضع هذا في منظور، يقيس السيليكون حوالي 1، الألومنيوم الطائرات حوالي 35،والفولاذ الأفضل حوالي 100"خمسمائة أمر مذهل" ، أوضح البروفيسور ريتشي.
خصائص الكروكونيوم المذهلة تنبع من سلوكها الذري الفريد تحت الضغطيتعرض الهيكل الشبكي للسبائك للتحولات المعقدة التي تنطوي على التفاعلات الذرية وإعادة ترتيب الخلايا الوحيدةهذه الآليات المتسلسلة تعمل بشكل متكافئ لمنع الكسر
"تبدأ البنية ببساطة كحبيبات، لكن أثناء التشوه تصبح معقدة بشكل ملحوظ" ، لاحظ البروفيسور أندرو مينور في جامعة بيركلي."هذا التحول يفسر مقاومة الكسر الاستثنائية. "
صلابة CrCoNi التخفيفية تجعلها مثالية للتطبيقات المطالبة:
وبالإضافة إلى CrCoNi، تمثل فئة HEA الأوسع تطورًا تحويليًا في علوم المواد. هذه السبائك تعيد تعريف فهمنا للعلاقات بين الهيكل والخصائص في المعادن.البحوث الحالية تستكشف التطبيقات في محركات الطائرات النفاثةأنظمة الدروع والتكنولوجيا النووية
الذكاء الاصطناعي يسرع تطوير HEA من خلال مساعدة الباحثين على التنقل في إمكانيات تكوين واسعة لتحديد مجموعات مثالية لتطبيقات محددة.
على الرغم من أنها واعدة، فإن تنفيذ الـ HEA يواجه عدة عقبات:
تشمل الحلول الناشئة التصميم بمساعدة الذكاء الاصطناعي وتقنيات التصنيع الجديدة مثل الطرق الإضافية ونهج النمذجة متعددة المقاييس.
إن تطوير سبيكة CrCoNi عالية الإنتروبيا يمثل علامة فارقة هامة في علوم المواد.خصائصها الاستثنائية والإمكانات الأوسع لـ HEAs تعد بتحويل التطبيقات الهندسية عبر العديد من الصناعاتفي حين أن التحديات لا تزال قائمة في جلب هذه المواد المتقدمة إلى استخدام واسع النطاق ، فإن الاستمرار في البحث والابتكار التكنولوجي من المرجح أن يتغلب على هذه الحواجز ،يبدأ في عصر جديد من الأداء المادي.
