В новом исследовании команда ученых описывает явление, которое они назвали «аномальным затвердеванием». Оно возникает при сверхскоростной деформации — когда удар по металлу происходит за доли микросекунды, растягивая материал со скоростью до 100 миллионов процентов в секунду. Чтобы заглянуть в этот микроскопический мир, учёные использовали микробаллистическую установку, запускающую микрочастицы в металлические мишени со скоростью сотен метров в секунду. И тут они увидели нечто неожиданное: при нагреве до 155°C чистые металлы, такие как никель и золото, не становились мягче, а, наоборот, укреплялись, сопротивляясь деформации. Легированные же версии вели себя по старым правилам — «горячее — мягче».
Ответ кроется в движении атомов. При сверхбыстром ударе атомы металла начинают вибрировать настолько сильно, что физически блокируют путь деформации, отталкиваясь от входящей силы. Повышение температуры усиливает эти вибрации, создавая более хаотичный и плотный барьер, который парадоксальным образом делает поверхность металла твёрже. Однако у этого явления есть важное ограничение: оно работает только в абсолютно чистых металлах. Добавление всего 0,3% другого элемента — например, углерода в железо для получения стали — полностью нивелирует эффект. В сплавах примеси сами служат препятствиями, и тепло помогает металлу их преодолевать.
Открытие переворачивает фундаментальные представления металлургии. Рассматривая чистоту как параметр проектирования, инженеры теперь могут разрабатывать материалы, которые будут не разрушаться, а укрепляться в самых экстремальных условиях. Речь идёт о гиперзвуковых полётах, где температуры и скорости запредельны, или о космическом строительстве, где микрометеориты бомбардируют обшивку спутников.
Инопланетный минерал удивляет ученых аномальными свойствами.