Опытный образец под микроскопом / BBC

В совместной работе учёные из немецкого Института материаловедения (г. Киль) и американского Мэрилендского университета в Колледж-Парке продемонстрировали сплав с памятью, обладающий уникальными характеристиками. Он способен выдержать до 10 миллионов рабочих циклов без признаков «усталости» материала. Сплав изготовлен из никеля, титана и меди.

Сплавы с памятью, или с эффектом памяти формы, были открыты в первой половине 20 века. Их свойство состоит в том, что при нагревании они принимают свою первоначальную форму, даже если в холодном состоянии они были каким-то образом деформированы. Такими свойствами обладают сплавы металлов, классические составы которых – это никель-титан, и медь-алюминий-никель.

Существуют также однонаправленные и двунаправленные эффекты памяти. В первом случае, после охлаждения материал остаётся в той форме, которую он принял при нагреве. Во втором, он при охлаждении принимает ту форму, которую ему придали в охлаждённом состоянии, а при нагреве – первоначальную.

Изменению формы способствует внутренняя структура кристаллической решётки, которая испытывает напряжение при деформации и после нагревания способна восстанавливаться.


Общий вид опытного образца / BBC

Благодаря таким свойствам эти сплавы часто используют в качестве актуаторов, вспомогательных крепёжных элементов, в медицинских целях. Они могут заменять движущиеся части механизмов, которые изнашиваются и требуют смазки. Но у всех сплавов с памятью есть один общий недостаток – накапливающаяся усталость. Через несколько десятков, сотен или тысяч циклов нагрева-охлаждения в материале образуются внутренние повреждения, приводящие к его разрушению.

Благодаря совместному использованию никеля, титана и меди учёным удалось добиться настолько удачной структуры материала, что в течение эксперимента, продолжавшегося несколько недель, он без разрушения менял форму 10 миллионов раз. После эксперимента структура опытных образов была изучена при помощи мощных микроскопов и рентгеновских лучей.

Такая выносливость позволит использовать подобные сплавы в доселе невозможных областях – от холодильников без движущихся частей до деталей искусственного сердца.