クロム、コバルト、ニッケルで作られた金属合金はCrCoNiと呼ばれ、地球上で最も硬い材料です。この材料は驚くほど強力です。つまり、永久変形に耐えると同時に、非常に延性があり、つまり非常に展性が高いのです。
「構造材料を設計するときは、強度がありながら延性があり、耐破壊性も備えていることが望まれます」と、プロジェクトの共同ディレクターであり、ORNLおよびテネシー大学の先端合金理論開発担当ガバナーズチェアであるイーソ・ジョージ氏は声明で述べた。 「通常、これらの特性の妥協点が考えられます。しかし、この材料はその両方を兼ね備えており、低温でもろくなる代わりにより強くなります。」
地球上で最も硬い材料であるCrCoNi
高エントロピー合金 (HEA) は、CrCoNi のサブセットを含む金属グループです。 HEA は、ある元素の割合が高く、他の元素の添加量が少ない現在のすべての合金とは異なり、各構成元素を均等に混合して構築されています。
サイエンス誌に掲載された新しい研究では、ローレンス・バークレー国立研究所（バークレー研究所）とオークリッジ国立研究所の科学者らが、クロム、コバルト、ニッケルで作られた金属合金（CrCoNi）を調査する際に、あらゆる材料でこれまでに記録された最高の硬度を測定した。 。
「液体ヘリウム温度（20ケルビン、-253℃）付近でのこの材料の硬度は、500メガパスカルにもなります。同じ単位では、シリコン片の硬度は 1、旅客機のアルミニウム構造の硬度は約 35、最高級の鋼鉄の一部の硬度は約 100 です。つまり、500 という数字は驚異的な数字です」とシニアのロバート・リッチー氏は説明しました。バークレー研究所の材料科学部門の科学者であり、カリフォルニア大学バークレー校のチュア工学教授であり、この論文の共著者でもあります。
自分の抵抗を定義する
研究者らは、中性子回折、電子後方散乱回折、透過型電子顕微鏡を使用して、室温および 20 K で破壊したCrCoNiサンプルの格子構造を調べました。
声明によると、「これらの技術から生成された画像と原子マップにより、合金の硬さは、材料に力が加えられたときに特定の順序で影響を与える 3 つの転位障害によるものであることが明らかになりました。しかし、変形すると、構造は非常に複雑であり、この変化はその並外れた耐破壊性を説明するのに役立ちます」とバークレー研究所国立電子顕微鏡施設所長で科学工学教授のアンドリュー・マイナー氏は付け加えた。カリフォルニア大学バークレー校の教授であり、この作品の共著者でもあります。
この材料は現在、さまざまな用途向けに開発されていますが、作成コストの関係で、研究者らは現在、この材料が深宇宙などの極限環境に適した候補であると考えています。
進歩は興味深いものですが、リッチー氏は、現実世界での使用はまだしばらく先になる可能性があると警告しています。それには十分な理由があります。 「飛行機に乗っているとき、12,000メートルの落下から身を守ってくれるのは、ほんの数カ月前に開発された機体合金だということを知りたいですか?それとも、成熟した、よく理解できる資料を希望しますか? 「だからこそ、構造材料が実際に使用できるようになるまでに何年も、さらには数十年もかかるのです。」
参考文献: 「20 ケルビンにおける CrCoNi ベースの中エントロピー合金および高エントロピー合金の例外的な破壊靭性」Dong Liu、Qin Yu、Saurabh Kabra、Ming Jiang、Paul Forna-Kreutzer、Ruopeng Zhang、Madelyn Payne、Flynn Walsh、Bernd Gludovatz 著、マーク・アスタ、アンドリュー・M・マイナー、イーソ・P・ジョージ、ロバート・O・リッチー、2022年12月1日、サイエンス。 DOI: 10.1126/science.abp8070