Крепкий металл: Какой металл самый прочный? Виды, классификация и применение

Содержание

Самый твердый металл в мире

Многих любителей интересных фактов интересует вопрос, какой металл самый твердый? И навскидку ответить на этот вопрос будет непросто. Конечно, любой учитель химии без труда скажет правильно, даже не задумываясь. Но среди рядовых граждан, которые последний раз занимались химией в школе, не многие смогут правильно и быстро дать ответ. Это связано с тем, что все с детства привыкли делать разнообразные игрушки из проволоки и хорошо запомнили, что медь и алюминий мягкие и хорошо поддаются сгибанию, а вот стали наоборот не так просто придать желаемую форму. С тремя названными металлами человек имеет дело чаще всего, поэтому остальные кандидатуры даже не рассматривает. Но сталь, конечно же, не является самым твердым металлом в мире. Справедливости ради стоит отметить, что это вообще не металл в химическом смысле, а соединение железа с углеродом.

Что такое титан?

Самым твердым металлом является титан. Впервые чистый титан был получен в 1925 году.

Это открытие произвело фурор в научных кругах. На новый материал сразу же обратили внимание промышленники и по достоинству оценили преимущества от его использования. По официальной версии, самый твердый металл на Земле получил свое название в честь несокрушимых Титанов, которые согласно древнегреческой мифологии были основателями мира.

По оценкам ученых суммарные мировые запасы титана на сегодняшний день составляют около 730 миллионов тонн. При нынешних темпах добычи ископаемого сырья хватит еще на 150 лет. Титан занимает 10 место по природным запасам среди всех известных металлов. Крупнейшим в мире производителем титана является российская компания «ВСМПО-Ависма», которая удовлетворяет до 35% мировых потребностей. Предприятие занимается полным циклом переработки от добычи руды до изготовления различной продукции. Оно занимает порядка 90% российского рынка по производству титана. Около 70% готовой продукции идет на экспорт.

Титан — легкий металл серебристого цвета с температурой плавления 1670 градусов по Цельсию. Проявляет высокую химическую активность только при нагревании, в нормальных условиях не реагирует с большинством химических элементов и соединений. В природе не встречается в чистом виде. Распространен в виде рутиловых (двуокись титана) и ильменитовых (сложное вещество, состоящее из двуокиси титана и оксида двухвалентного железа) руд. Чистый титан выделяется путем спекания руды с хлором, а затем вытеснения более активным металлом (чаще всего магнием) из полученного тетрахлорида.

Промышленное применение титана

Самый твердый металл имеет довольно широкий спектр применения во многих отраслях. Аморфно расположенные атомы обеспечивают титану высочайший уровень прочности на растяжение и кручение, хорошую сопротивляемость ударному воздействию, высокие магнитные качества. Металл используется для изготовления корпусов воздушного транспорта и ракет. Он хорошо справляется с огромными нагрузками, которые испытывают на себе машины, находясь на огромной высоте.

Также титан применяется при производстве корпусов для подводных лодок, так как способен выдерживать высокое давление на больших глубинах.

В медицинской отрасли металл используется при изготовлении протезов и зубных имплантатов, а также хирургических инструментов. В качестве легирующей добавки элемент добавляют в некоторые марки стали, что придает им повышенную прочность и стойкость к коррозии. Титан хорошо подходит для литья, так как позволяет получать идеально гладкие поверхности. Из него также изготавливают ювелирные украшения и декоративные изделия. Активно используются и соединения титана. Из диоксида изготавливают краски, белила, добавляют в состав бумаги и пластика.

Сложноорганические соли титана применяют в качестве затвердительного катализатора в лакокрасочном производстве. Из карбида титана изготавливают различные инструменты и насадки для обработки и сверления других металлов. В точном машиностроении из титанового алюминида производят износостойкие элементы, которые обладают высоким запасом прочности.

Самый твердый сплав металла был получен американскими учеными в 2011 году. В его состав вошли палладий, кремний, фосфор, германий и серебро. Новый материал был назван «металлическое стекло». Он соединил в себе твердость стекла и пластичность металла. Последнее не позволяет трещинам распространяться, как это происходит со стандартным стеклом. Естественно, в широкое производство материал запущен не был, так как его компоненты, особенно палладий, относятся к редким металлам и стоят очень дорого.

В данный момент усилия ученых направлены на поиски альтернативных компонентов, которые бы позволили сохранить полученные свойства, но значительно снизили стоимость производства. Тем не менее, отдельные детали для аэрокосмической отрасли уже производятся из полученного сплава. Если альтернативные элементы удастся внедрить в структуру и материал получит широкое распространение, то вполне возможно, что он станет одним из самых востребованных сплавов будущего.

Создан самый крепкий в мире сплав

Графен может считаться самым крепким материалом, известным человеку, но существует новая субстанция, которая может оказаться не менее полезной. Команда ученых из Сандийских национальных лабораторий создала новый сплав, ставший самым износостойким материалом из когда-либо созданных. Они смогли добиться этого, совместив два из наиболее редких материалов на Земле: золото и платину.

Согласно исследователям, новый сплав Pt-Au настолько стойкий, что если из него сделать автомобильные шины, то на них можно 500 раз полностью объехать земной экватор, длина которого составляет 40075 км, прежде, чем они сотрутся. Комбинации золота и платины проверялись и прежде, но команда из Сандийских лабораторий пошла дальше своих предшественников. Используя вычислительные лаборатории, они смогли составить материал на атомном уровне, чтобы удостовериться в том, что его крепость и устойчивость достигают пиковых уровней.

«Мы работаем с фундаментальными атомными механизмами и микроструктурой, объединяя это все вместе, чтобы понять, почему достигается хорошая производительность или почему производительность в итоге плохая, а затем разрабатываем сплав, который дает хорошую производительность», — говорит Майкл Чандросс, один из со-авторов исследования, описывающего сплав.

Электронные устройства наподобие смартфонов смогли бы значительно увеличить срок службы, используя тонкое покрытие из этого нового сплава на своих подвижных частях, что в свою очередь помогло бы электронной промышленности экономить около $100 миллионов в год. Однако, наиболее ценный аспект этого материала оказался абсолютно неожиданным: во время испытаний, сплав начал формировать черную пленку на своей поверхности, которая оказалась алмазоподобным углеродом, одним из наиболее ценных и эффективных искусственных лубрикантов.

Сравнение износа Pt-Au и других сплавов

«Мы считаем, что стабильность и собственное сопротивление износу позволяет углеродосодержащим молекулам из окружающей среды скрепляться и разрушаться во время скольжения, в итоге формируя алмазоподобный углерод. В промышленности этого можно добиться и иными способами, но они обычно включают использование вакуумных камер с высокотемпературными плазмами из углерода. Порой это очень дорого», — объясняет Джон Карри, ведущий автор исследования.

В итоге, получается, что этот сплав не только самый износостойкий материал на Земле, но он еще и самостоятельно создает один из лучших промышленных лубрикантов. Очень неплохо.

Крепкий каркас системы

В конце августа нынешнего года Борис Дубровский обозначил основные направления, по которым будет развиваться медицина Челябинской области в ближайшие годы.

В конце августа нынешнего года Борис Дубровский — тогда ещё временно исполняющий обязанности губернатора области — обозначил основные направления, по которым будет развиваться медицина Челябинской области в ближайшие годы.

Основой для этой работы является программный документ — Стратегия 2020.

Обозначены задачи, а главное, механизмы их достижения по всем сферам. Ключевая цель всего социального блока Стратегии — увеличение продолжительности жизни с 69 до 74 лет в 2020 году.

— Безусловно, это не только задача медицины, — считает Борис Дубровский. — Большую роль играют формирование здорового жизни, занятия спортом, экологическая обстановка. Но всё же роль здравоохранения здесь переоценить сложно.

Помощь должна быть доступной

В министерстве здравоохранения Челябинской области сообщают: основные направления развития здравоохранения в стране определены указами президента от 7 мая 2012 года. Для их реализации активно проводят преобразования, целью которых является улучшение состояния здоровья населения через обеспечение доступности медицинской помощи с учётом географических особенностей, плотности населения, развития транспортной инфраструктуры каждого муниципального образования, с одной стороны, и повышение эффективности и качества медицинской помощи путем создания правовых, экономических и организационных условий предоставления медицинских услуг, с другой.

Для достижения этой цели необходимо достаточное количество квалифицированных медицинских кадров и здравоохранение с современной инфраструктурой. В 2012 году стартовали программы модернизации и развития здравоохранения, направленные, прежде всего, на выстраивание современной логистики и создание условий для оказания качественной медицинской помощи в соответствии с трёхуровневой системой. Раньше в стране и области действовала двухуровневая система здравоохранения — существовали мало интегрированные между собой структуры: амбулаторно-поликлинический этап (поликлиника, скорая) и стационар. По словам Бориса Дубровского, каркас трёхуровневой системы здравоохранения в области создан.

— Каждому жителю должна быть доступна медицинская помощь любого уровня сложности, начиная от профилактики и заканчивая высокотехнологичными операциями, — сообщил «ММ» министр здравоохранения области, заслуженный врач России, доктор медицинских наук, профессор Сергей Кремлёв. — Трёхуровневая система оказания медицинской помощи основана на поэтапной маршрутизации пациентов: это первичная медико-санитарная помощь — фактически, первая встреча с пациентом; затем — специализированная медицинская помощь, которая сосредоточена на уровне межрайонных многопрофильных центров; третий уровень — высокотехнологичная помощь. Первый уровень составляют 122 учреждения, оказывающие 40-45 процентов от общего объёма медицинской помощи в шаговой доступности от места жительства. К учреждениям второго уровня относятся специализированные многопрофильные стационары, представленные в регионе 34 медицинскими организациями: межрайонные центры по профилям — перинатальные, сосудистые, онкологические, инфекционные, гемодиализа, травмцентры. В Магнитогорске базируются межрайонный центры гемодиализа, травмцентр, межрайонный родильный дом, первичное сосудистое отделение. Наконец, третий уровень — специализированная медицинская помощь, в том числе высокотехнологичная. Для повышения доступности высокотехнологичной медпомощи в ближайшие годы планируется увеличить её объём в полтора раза. К третьему уровню принадлежат восемь учреждений, в том числе АНО «Медико-санитарная часть администрации города Магнитогорска и ОАО «ММК», в настоящее время являющаяся региональным сосудистым центром и принимающая пациентов с острым коронарным синдромом: инфарктом миокарда, нестабильной стенокардией, проживающих не только в Магнитогорске, но и на территории всего южного куста Челябинской области: Брединский, Карталинский, Варненский, Верхнеуральский, Нагайбакский, Агаповский районы.

Медико-санитарная часть является крупнейшей медицинской организацией с набором специализированных отделений — выбор этого учреждения в качестве базового на юге области логичен и очевиден.

Здоровая Магнитка

— В сфере здравоохранения города до 2020 года запланировано развитие ряда направлений, — рассказывает начальник управления здравоохранения города Елена Симонова. — В первую очередь, это профилактика заболеваемости, формирование здорового образа жизни и развитие первичной медико-санитарной помощи. К 2016 году запланировано создание межмуниципального центра медицинской реабилитации, который будет оказывать помощь пациентам с нарушениями функции периферической нервной системы и опорно-двигательного аппарата, с нарушениями функции центральной нервной системы: по 30 коек травматологического и неврологического профилей. В связи с созданием в области единой системы реабилитации и санаторно-курортного лечения детей и подростков к 2016 году планируем перепрофилирование дома ребёнка № 4 и создание на его базе центра медицинской реабилитации детей до одного года.

По словам Елены Николаевны, наиболее значимой медицинской и социальной проблемой в стране остаются болезни системы кровообращения. В Магнитогорске работают первичные сосудистые отделения на базе АНО «МСЧ АГ и ОАО «ММК» и МУЗ «Городская больница № 3», кардиологическая поликлиника и региональный сосудистый центр на базе медико-санитарной части.

С 1 апреля нынешнего года в условиях стационара АНО «МСЧ АГ и ОАО «ММК», а с 1 июля и в МУЗ «Городская больница № 3» жители города имеют возможность получить медицинскую помощь по травматологии и ортопедии: эндопротезирование в рамках программы обязательного медицинского страхования.

Новый импульс

— В связи с тем, что АНО «МСЧ АГ и ОАО «ММК» становится базовым учреждением юга области, она обретает новые перспективы развития, — сообщил глава города Евгений Тефтелев. — Ближайший этап — отработка логистики для оказания различных высокотехнологичных и реабилитационных видов медицинской помощи.

По словам главы города, медсанчасть поменяет название — в соответствии с новой концепцией развития она будет называться Центральной МСЧ. Организационно-правовая форма останется прежней — автономная некоммерческая организация. Единственным учредителем останется администрация города — для медсанчасти это гарантированная возможность в полной мере интегрироваться в новую трёхуровневую систему и — что важно — получить дополнительные бюджетные инвестиции для развития инновационных технологий.

ОАО «ММК» выходит из состава учредителей, однако социальное партнёрство медико-санитарной части и комбината по-прежнему сохраняется и будет развиваться. Продолжат работу все структурные подразделения МСЧ, в том числе цеховые здравпункты и заводская поликлиника № 1, где получают медицинскую помощь работники обществ Группы ОАО «ММК». Об этом рассказал старший менеджер группы социальных программ ОАО «ММК» Егор Кожаев:

— Комбинат разрабатывает и успешно реализует социальные программы для работников, основа которых — создание благоприятных условий для решения всех вопросов жизнедеятельности: лечение и медицинское обслуживание, оздоровление и отдых, формирование здорового образа жизни. Ведётся работа по улучшению качества и повышения доступности медицинских программ, программ санаторно-курортного лечения и отдыха, занятий физической культурой и спортом. Разработаны и успешно реализуются программы корпоративного и индивидуального добровольного медицинского страхования. Эти механизмы позволяют расширить рамки базовой программы обязательного медицинского страхования, предоставить работникам более широкий спектр услуг, не обеспеченных финансированием из средств бюджета ОМС. Продолжается реализация профилактической программы «Спина без боли», ведётся постоянное наблюдение за работниками, входящими в группы диспансерного наблюдения по основным видам заболеваний. Система работы по профилактике заболеваемости работников, предоставлению своевременных и качественных медицинских услуг будет сохранена и получит дальнейшее развитие. Центром этой работы останутся наши цеховые здравпункты и заводская поликлиника.

Переходный период не отразится на повседневной работе медсанчасти: она будет функционировать в штатном режиме. Однако благодаря новой концепции Центральная МСЧ получит новый импульс к развитию. На базе медсанчасти предполагается дальнейшее формирование высокотехнологичных и реабилитационных видов медицинской помощи жителям юга области — при поддержке бюджетов всех уровней.

— Каждый временной период выдвигает определённые задачи как перед руководителями области, властными структурами, так и перед медицинскими работниками, — уверена главный врач медико-санитарной части, доктор медицинских наук, заслуженный врач РФ Марина Шеметова. — Вспомним сложнейший этап в становлении нашего государства: в других регионах лечебные учреждения закрывались, а медико-санитарная часть в Магнитке прошла этот период очень достойно — благодаря содружеству комбината и города. В результате в Магнитогорске появилось прекрасное лечебное учреждение с мощным потенциалом финансовых материальных, кадровых ресурсов — высокотехнологический медицинский комплекс. Сейчас этот комплекс должен быть интегрирован в систему оказания медицинской помощи, формирующуюся в регионе. Планируем инвестиционные проекты, внедрение современных технологий. Надеемся, что с помощью администрации города и области в коллектив вольются выпускники медицинских университетов и колледжа. Ждём молодёжь со светлыми головами, открытым сердцем, добрыми мыслями — готовы передавать накопленный профессиональный опыт. Считаем, что в большей степени раскроется интеллектуальный и профессиональный потенциал всех категорий персонала медсанчасти: врачей, медицинских сестёр, фельдшеров. Важно, что коллектив МСЧ готов к новациям.

Городская газета «Магнитогорский Металл»

Из металла как более прочные. Самый крепкий металл в мире. Самый твердый металл из чистых

Что такое титан?

Самым твердым металлом является титан. Впервые чистый титан был получен в 1925 году. Это открытие произвело фурор в научных кругах. На новый материал сразу же обратили внимание промышленники и по достоинству оценили преимущества от его использования. По официальной версии, самый твердый металл на Земле получил свое название в честь несокрушимых Титанов, которые согласно древнегреческой мифологии были основателями мира.

Промышленное применение титана

С детских лет мы знаем, что самый прочный металл — это сталь. Все железное у нас ассоциируется ней.

Железный человек, железная леди, стальной характер. Произнося эти фразы, мы подразумеваем невероятную прочность, силу, твердость.

Продолжительное время в производстве и вооружении основным материалом была сталь. Но сталь — не металл. Если точнее, то не совсем чистый металл. Это с углеродом, в котором присутствуют и другие металлические добавки. Применяя добавки, т.е. изменяют ее свойства. После этого она подвергается обработке. Сталеварение — это целая наука.

Самый прочный металл получается при введении в сталь соответствующих лигатур. Это может быть хром, который придает и жаростойкость, никель, делающий сталь твердой и эластичной и т. д.

По некоторым позициям сталь начал вытеснять алюминий. Время шло, росли скорости. Не выдерживал и алюминий. Пришлось обратиться к титану.

Да-да, ведь титан — самый прочный металл. Для придания стали высоких прочностных характеристик в нее начали добавлять титан.

Его открыли в XVIII веке. Из-за хрупкости его применить было невозможно. Со временем, получив чистый титан, инженеры и конструкторы заинтересовались его высокой удельной прочностью, малой плотностью, стойкостью к коррозии и высоким температурам. Его физическая крепость превосходит прочность железа в несколько раз.

Инженеры стали добавлять титан в сталь. Получился самый прочный металл, который нашел применение в среде сверхвысоких температур. На то время их не выдерживал ни один другой сплав.

Если представить самолет, который летит в три раза быстрее, чем можно представить, как разогревается обшивочный металл. Листовой металл обшивки самолета в таких условиях разогревается до +3000С.

Сегодня титан применяют неограниченно во всех сферах производства. Это медицина, авиастроение, производство кораблей.

Со всей очевидностью можно сказать, что в скором будущем титану придется подвинуться.

Учеными из США, в лабораториях Техасского университета в городе Остин, открыт самого тонкого и самого прочного материала на Земле. Назвали его — графен.

Вообразите себе пластину, толщина которой равна толщине одного атома. Но такая пластина прочнее алмаза и в сто раз лучше пропускает электрический ток, чем компьютерные чипы из кремния.

Графен — материал с поражающими свойствами. Он скоро покинет лаборатории и по праву займет свое место среди самых прочных материалов Вселенной.

Даже невозможно себе представить, что нескольких граммов графена будет достаточно, чтобы покрыть поле для игры в футбол. Вот это металл. Трубы из такого материала можно будет укладывать вручную без применения подъемно-транспортных механизмов.

Графен, как и алмаз — это чистейший углерод. Его гибкость поражает. Такой материал легко сгибается, прекрасно складывается и отлично сворачивается в рулон.

К нему уже начали присматриваться производители сенсорных экранов, солнечных батарей, сотовых телефонов, и, наконец, суперскоростных компьютерных чипов.

К металлам относят вещества, которые обладают специфическими, характерными для них свойствами. Учитывают при этом высокую пластичность и ковкость, а также электропроводность и еще целый ряд параметров. Какой из нихсамый прочный металл , можно узнать из приведенных ниже данных.

О металлах в природе

В русский язык слово «металл» пришло из немецкого. С XVI века оно встречается в книгах, правда, достаточно редко. В дальнейшем, в эпоху Петра I, его стали употреблять более часто, причем, тогда слово имело обобщающее значение «руда, минерал, металл». И только в период деятельности М.В. Ломоносова эти понятия были разграничены.

В природе металлы встречаются в чистом виде достаточно редко. В основном, они входят в состав различных руд, а также образуют всевозможные соединения, такие как сульфиды, оксиды, карбонаты и другие. Для того чтобы получить чистые металлы, а это очень важно для их применения в дальнейшем, нужно их выделить, а затем очистить. При необходимости, металлы легируют — добавляют специальные примеси, с целью изменения их свойств. В настоящее время есть разделение на руды черных металлов, которые включают в свой состав железо, и цветных. К драгоценным или благородным металлам относят золото, платину и серебро.

Металлы есть даже в организме человека. Кальций, натрий, магний, медь, железо — вот перечень этих веществ, которые содержатся в наибольшем количестве.

В зависимости от дальнейшего применения, металлы подразделяют на группы:

Конструкционные материалы. Используют как сами металлы, так и их значительно улучшенные по свойствам сплавы. В данном случае ценят прочность, непроницаемость для жидкостей и газов, однородность.
Материалы для инструментов, чаще всего имеется в виду рабочая часть. Для этого подходят инструментальные стали и твердые сплавы.
Электротехнические материалы. Такие металлы используют как хорошие проводники электричества. Самые распространенные из них — это медь и алюминий. А также применяют как материалы, имеющие высокое сопротивление, — нихром и другие.

Самые прочные из металлов

Прочностью металлов называют их способность оказывать сопротивление разрушению под действием внутренних напряжений, которые могут возникать при влиянии на эти материалы внешних сил. Также это свойство конструкции сохранять свои характеристики в течение определенного времени.

Многие сплавы достаточно крепкие и стойкие не только к физическим, но и химическим воздействиям, к чистым металлам они не относятся. Есть металлы, которые можно назвать самыми прочными. Титан, который плавится при температуре свыше 1 941 K (1660±20 °C), уран, относящийся к радиоактивным металлам, тугоплавкий вольфрам, закипающий при температуре не менее 5 828 K (5555 °C). А также другие, обладающие уникальными свойствами и необходимые в процессе изготовления деталей, инструментов и предметов по самым современным технологиям. В пятерку самых прочных из них входят металлы, свойства которых уже известны, их широко применяют в различных отраслях народного хозяйства и используют в научных опытах и разработках.

Встречается в молибденовых рудах и медном сырье. Имеет высокую твердость и плотность. Очень тугоплавкий. Его прочность не может быть уменьшена даже под воздействием критических перепадов температур. Широко используется во многих электронных приборах и технических средствах.

Металл, относящийся к редкоземельным, имеющий серебристо-серый оттенок и блестящие, кристаллические образования на сломах. Интересно, что кристаллы бериллия на вкус несколько сладковатые, из-за этого его первоначально называли «глюциний», что значит «сладкий». Благодаря этому металлу появилась новая технология, которую используют в синтезе искусственных камней — изумрудов, аквамаринов, для нужд ювелирной промышленности. Бериллий был открыт при изучении свойств берилла — полудрагоценного камня. В 1828 г. немецким ученым Ф. Вёллером был получен металлический бериллий. Он не взаимодействует с рентгеновским излучением, следовательно, его активно используют для создания специальных приборов. Кроме того, сплавы бериллия применяются в изготовлении нейтронных отражателей и замедлителей для установки в ядерном реакторе. Его огнеупорные и антикоррозионные свойства, высокая теплопроводность делают его незаменимым элементом для создания сплавов, используемых в самолетостроении и аэрокосмической промышленности.

Этот металл был открыт на территории среднего Урала. О нем написал М.В. Ломоносов в своей работе «Первые основания металлургии» в 1763 году. Является весьма распространенным, его самые известные и обширные месторождения расположены в ЮАР, Казахстане и России (Урал). Содержание этого металла в рудах сильно колеблется. Его цвет светло-голубой, с отливом. В чистом виде очень твердый и достаточно хорошо обрабатывается. Он служит важным компонентом для создания легированных сталей, особенно нержавеющих, применяется в гальванике и авиакосмической промышленности. Его сплав с железом, феррохром необходим для производства металлорежущих инструментов.

Этот металл относится к ценным, так как его свойства лишь ненамного ниже, чем у благородных металлов. Он обладает сильной устойчивостью к различным кислотам, не подвержен коррозии. Тантал применяется в различных конструкциях и соединениях, для изготовления изделий сложной формы и как основа для производства уксусной и фосфорной кислот. Металл используют в медицине, так как его можно совместить с тканями человека. В жаропрочном сплаве тантала и вольфрама нуждается ракетная отрасль, ведь он может выдержать температуру в 2 500 °C. Конденсаторы из тантала устанавливают на радарные аппараты, применяют в электронных системах как передатчики.

Одним из самых прочных металлов в мире считается иридий. Металл серебристого цвета, очень твердый. Его относят к металлам платиновой группы. Он трудно поддается обработке и, к тому же, тугоплавкий. Иридий практически не вступает во взаимодействие с едкими веществами. Применяют его во многих отраслях. В том числе и в ювелирном деле, медицинской и химической промышленностях. Значительно улучшает стойкость вольфрамовых, хромовых и титановых соединений по отношению к кислым средам. Чистый иридий не является токсичным материалом, но его отдельные соединения могут быть .

Несмотря на то, что многие металлы обладают достойными характеристиками, точно указать, какой именно самый прочный металл в мире, достаточно сложно. Для этого изучают все их параметры, в соответствии с различными аналитическими системами. Но в настоящее время все ученые утверждают, что первое место по прочности уверенно занимает иридий.

Стекло из металла

Специалистами калифорнийского института технологий получен уникальный по своим свойствам материал — это самый прочный сплав на сегодняшний день — «металлическое стекло». Уникальность нового сплава в том, что металлическое стекло сделано из металла, но имеет внутреннюю структуру стекла. Сегодня ученые выясняют, что именно придает сплаву такие необычные свойства и каким образом их можно будет внедрить в сплавы из менее дорогостоящих материалов.

Аморфная структура стекла, в отличие от кристаллической структуры металла, не защищена от распространения трещин, чем и объясняется хрупкость стекла. Этим же недостатком обладают и металлические стекла, которые также достаточно легко разрушаются, образуя сдвиговые полосы, перерастающие в трещины.

Свойства сплава

Специалистами калифорнийского института было замечено, что появление большого числа сдвиговых полос дает высокое противодействие развитию трещин, благодаря чему достигается обратный эффект: материал изгибается, не разрушаясь. Именно такой материал, энергия выработки сдвиговых полос которого намного меньше энергии, требующейся для превращения их в трещины, они и создали. «Смешивая пять элементов, мы добивались того, что при охлаждении материал «не знает», какую структуру принять, и выбирает аморфную», — пояснил участник исследования Р. Ритчи.

Металлическое стекло

Самый прочный сплав — металлическое стекло — состоит из благородного палладия, кремния, фосфора, германия с небольшим добавлением серебра (формула: Pd79Ag3,5P6Si9,5Ge2).

Новый сплав показал себя в тестах как сочетание взаимоисключающих свойств — силы и выносливости на уровне, ранее не замеченной в каком-либо другом материале. В результате, новое металлическое стекло сочетает твёрдость, свойственную стёклам, с сопротивлением развитию трещин, характерным для металлов. Причем, уровень жесткости и прочности находится в пределах досягаемости.

Использование материала

Для конструкционного металла проведенное исследование значительно отодвинуло грани переносимости нагрузок. Но, по прогнозам ученых, широкое применение самый прочный сплав, ввиду редкости и дороговизны основного его компонента – палладия, может и не найти. Тем не менее, разработчики сообщили о возможном использовании данного материала в медицинских имплантатах (например, для внутричелюстных протезов), а также в качестве деталей в автомобильной или аэрокосмической отрасли.

Крепкий сплав. Белорусы предложили улучшить челябинский металл

Международная выставка «Литье‑2017» собрала в столице Южного Урала производителей из разных стран мира. Для презентации белорусской продукции для приготовления сплавов и отливок в Челябинск прилетел руководитель научно-производственного предприятия «Эвтектика» Сергей Королев. Инженеры смогли получить уникальные составы, позволяющие во много раз удешевить литейное производство и улучшить качество производимого металла.

— Чем вам интересен проходящий в Челябинске форум российских литейщиков?

— Съезд литейщиков и международная выставка это значимые события научно-технического характера. Для нас это площадка, на которой можно пообщаться с различными специалистами. Тем более что проходит она всего раз в два года.

— Мне известно, что в России у вас лишь один филиал. Рассматриваете ли Челябинскую область как площадку для расширения производства? Допустим, сейчас на Южном Урале активно продвигают индустриальные парки, где можно стать резидентом с получением определенных льгот.

— Все верно, у нас лишь одно представительство в Ульяновской области. Пока нам не поступали конкретные предложения из вашего региона, поэтому этот вопрос не поднимался для обсуждения. По поводу индустриальных парков могу сказать, что любой формат необходимо оценивать как с экономической точки зрения, так и с логистической. Тот сегмент, которым занимается наше предприятие, а это производство вспомогательных материалов для литья и металлургии, он имеет большую направленность на цветную металлургию, алюминиевое литье и литье медных сплавов. Нужно все взвешивать и оценивать. Однако любое предложение, тем более из одного из крупнейших промышленных регионов России, имеет место быть.

— Сегодня мы живем в мире санкций. В основном они направлены против нашей страны. Благодаря им в России начался активный подъем собственного производства. Как эти явления помогают белорусской компании?

— Мы живем в союзном государстве России и Белоруссии. Это не пустой звук и эти механизмы работают. Конечно, хотелось бы, чтобы это происходило более эффективно, но они есть. На сегодняшний день между нами фактически отсутствует граница, упрощены процедуры по многим вопросам, в том числе и единому таможенному пространству. Конечно же все это дает перспективу укрепления связей и наращивания совместных производств. Это очень интересное направление, которое необходимо развивать. Санкции заставляют нас работать теснее.

— Получается, что появление Таможенного союза оказало положительный эффект для белорусских компаний?

— Вы знаете, он стал второй степенью интеграции. Первой же остается союзное государство. Оно позволило создать более интегрированное пространство. Да, не все законодательные акты так широко освещаются в нем, но это та площадка, которую необходимо усиливать. Поэтому, пока действуют санкции, нужно максимально использовать данную площадку для совместного сотрудничества.

— Чем вы планируете заинтересовать южноуральских предпринимателей?

— Давайте расскажу на примере. Если человек захотел открыть литейный цех, мы можем предоставить абсолютно все необходимые материалы, чтобы получать литье самого высокого качества. Оно будет соответствовать самым серьезным международным требованиям. Это и материалы для очистки сплава, рафинирования, дегазации, модифицирования и многого другого. Тех высоких физико-механических свойств сплава, которые необходимы предпринимателю.

Во время посещения выставки губернатор Челябинской области Борис Дубровский уделил максимальное внимание стенду научно-производственного предприятия «Эвтектика».

«Алюминий — это новая сталь»: ученые нашли способ сделать металл прочнее

Один из самых перспективных материалов для авиационной и автомобильной промышленности — алюминий. Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» нашли простой и эффективный способ укрепления композитных материалов на его основе. Добавив в расплав алюминия никель и лантан, они смогли создать материал, сочетающий преимущества композиционных материалов и стандартных сплавов — гибкость, прочность, легкость. О разработке, которая открывает новые перспективы в авиа- и автомобилестроении, вышла статья в журнале Materials Letters.

Для производства более легких и быстрых летательных аппаратов и автомобилей требуются, соответственно, все более легкие материалы. Одним из наиболее перспективных материалов является алюминий, а точнее, алюмоматричные композиты — материалы на основе алюминия.

Команда ученых научной школы «Фазовые превращения и разработка сплавов на основе цветных металлов» НИТУ «МИСиС» создала новый прочный композит алюминий-никель-лантан для авиа- и автомобилестроения. В расплав алюминия добавлялись легирующие элементы, образующие с алюминием химические соединения, которые в процессе затвердевания сплава дают прочный армирующий каркас.

«Наша научная группа под руководством профессора Николая Белова уже многие годы занимается вопросами создания композитов на основе алюминия. Композит Al-Ni-La, — одна из таких работ по созданию естественного алюмоматричного композиционного материала, содержащего в структуре свыше 15% (по объему) армирующих частиц. Особенностью новой разработки является высокая армирующая способность формирующихся химических соединений, имеющих ультрадисперсное строение — диаметр армирующих элементов не превышает нескольких десятков нанометров. Ранее исследователи ограничивались изучением систем, в которых заведомо невозможно получение эффективного армирующего каркаса, либо получали композиционный материал трудоемкими методами порошковой металлургии (спеканием порошков), либо жидкофазными технологиями замешивания наночастиц в расплав» — рассказывает один из авторов разработки, научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением НИТУ «МИСиС», к.т.н. Торгом Акопян.

Сегодня армирование алюминия происходит в основном при помощи нанопорошков, однако это крайне дорогой и трудоемкий процесс, и результат не всегда оправдывает потраченные ресурсы. Например, при повышении прочности всего на 5-20%, такой показатель, как пластичность, наоборот, может снизиться на десятки процентов или даже в несколько раз. Кроме того, сами частицы слишком крупные — от 100 нанометров до 1-2 микрометров, а их количество в объеме невелико.

Разработка ученых НИТУ «МИСиС» решает проблемы неравномерного армирования и низкой прочности «порошкового» композита — при плавлении размер армирующих частиц после кристаллизации материала на основе системы Al-Ni-La не превышает в поперечном сечении 30-70 нанометров. Благодаря естественной кристаллизации, частицы распределяются равномерно, создавая армирующий каркас, и композит получается более прочным и гибким, чем его «порошкового» аналоги.

«Предложенный нами композит уже обходит по многим показателям аналоги, в том числе и зарубежные. Однако мы не собираемся останавливаться на достигнутом, и в дальнейшем планируем продолжить работу над созданием более совершенных, сложных (3-, 4- и более фазных) и дешевых композитов, производственный цикл которых будет предусматривать использование алюминия технической чистоты и более дешевых легирующих компонентов», — добавляет Торгом Акопян.

По словам ученых, предложенный материал можно использовать, прежде всего, в области авиа- и машиностроения, для проектирования современной робототехники, в том числе беспилотных летательных аппаратов, где снижение массы дрона имеет критическое значение. Благодаря особенностям формирования структуры, предложенный материал может быть использован для изготовления сложных деталей методами 3D-печати. Кроме того, новые разработки могут иметь и стратегическое значение с точки зрения экономики. В настоящий момент основную долю прибыли в алюминиевой отрасли России занимает экспорт первичного алюминия. Создание новых высокотехнологичных разработок, обладающих повышенной добавленной стоимостью, позволит повысить прибыль за счет расширения внутреннего и внешнего рынков потребления алюминия.

Исследование проводится в рамках гранта РНФ № 18-79-00345 «Создание научных принципов конструирования новых наноструктурированных металломатричных композиционных материалов на основе алюминия, с высокой долей алюминидов Al(Ti, Ca, Ni, Ce(La), Zr)».

Самый прочный сплав в мире: химические и физические свойства

Металлы вместе с легирующими добавками образуют самый прочный сплав. В первую очередь, это касается твердости. Кроме того, они отличаются рядом показателей, среди которых тепло и электропроводность. Прочные сплавы востребованы в промышленности. Особенно это касается самолетостроения, где наряду с прочностью требуется легкость. В крепких сплавах нуждается автомобилестроение и судостроение.

Титан

Металлы разделяются на черные и цветные. Классическим представителем первого вида является железо. Цветные образуют более дорогостоящую группу.

Как производят металлы

Металлы в чистом виде в природе не встречаются. Содержатся они в рудах.

Их производство идет по следующим этапам:

определение месторождений;
добыча руды:
извлечение металла.

Самые прочные из металлов

Прочность — это свойство металла противостоять внешним нагрузкам. Сопротивляемость элемента обеспечивается его внутренней структурой, способной создавать внутреннее напряжение, которое противостоит наружному давлению.

К самым прочным металлам относятся:

титан;
рений;
бериллий;
хром;
тантал;
иридий.

Самый прочный сплав

Самые твердые сплавы в мире — вольфрамовые. Основу составляют порошки, состоящие из нескольких карбидов металлов и кобальта. Смешивание ведется в определенной пропорции. Разработанная учеными технология позволяет получать сплавы высокой степени твердости.

Маркируются такие соединения буквенным обозначением: ВК3, где В —принадлежность к вольфрамовой группе. К — содержание кобальта в процентах.

Физические и химические свойства

Основные физические свойства вольфрамовых сплавов:

Характерной особенностью является красностойкость. Она составляет 800 градусов. Термин означает, что режущая кромка в состоянии выдерживать такую температуру. Это обеспечивается высокой теплопроводностью. Благодаря чему идет отвод тепла.
Высокая твердость, которая составляет 90 единицы по Роквеллу.
Температура плавления достигает 2780 градусов.

Химическая стойкость к внешней среде повышается с увеличением процентного содержания кобальта.

Химические свойства титана

Особенности изготовления и сферы применения

Технология получения твердых сплавов из вольфрама состоит из следующих этапов:

Сначала формируется грубый порошок вольфрама, который затем измельчается и просеивается.
Таким же образом получаются порошки карбида вольфрама и кобальта.
Идет их перемешивание с добавлением клея. В этом качестве выступает каучук, растворенный в бензине.
Смесь подсушивается и прессуется.
Технологический процесс заканчивается двумя спеканиями.

Твердый материал используется в изготовлении следующих изделий:

резцов для токарных станков;
клейм;
валки для прокатки;
шариков и обоймы для подшипников.
напайки для инструмента горнодобывающего оборудования;

Любое производство нуждается в обработке изделий. Чтобы обеспечить этот процесс, необходим материал более высокой твердости. Эту функцию выполняют твердые сплавы.

Механические свойства мягкой стали

Сталь состоит из углерода и железа, причем железа гораздо больше, чем углерода. Фактически, самое большее, сталь может содержать около 2,1 процента углерода. Низкоуглеродистая сталь — один из наиболее часто используемых строительных материалов. Он очень прочный и может быть изготовлен из легкодоступных натуральных материалов. Она известна как мягкая сталь из-за относительно низкого содержания углерода.

Химия

Низкоуглеродистая сталь обычно содержит не более 40 атомов углерода.Одна точка углерода составляет 0,01 процента углерода в стали. Это означает, что он содержит не более 0,4% углерода. Большинство сталей содержат другие легирующие элементы, кроме углерода, для придания им определенных желаемых механических свойств. Сталь 1018, распространенный тип мягкой стали, содержит приблизительно от 0,6 до 0,9 процента марганца, до 0,04 процента фосфора и до 0,05 процента серы. Изменение этих химикатов влияет на такие свойства, как коррозионная стойкость и прочность.

Физические свойства: Прочность

Низкоуглеродистая сталь очень прочна из-за низкого содержания углерода.В материаловедении термин «прочность» сложный. Низкоуглеродистая сталь обладает высокой устойчивостью к поломке. Низкоуглеродистая сталь, в отличие от сталей с более высоким содержанием углерода, довольно ковкая, даже в холодном состоянии. Это означает, что он обладает высокой прочностью на растяжение и ударную вязкость. Высокоуглеродистые стали обычно разрушаются или трескаются под воздействием напряжения, тогда как низкоуглеродистая сталь изгибается или деформируется.

Количественные физические свойства

Низкоуглеродистая сталь имеет плотность 0,248 фунта на кубический дюйм. Он тает при 2570 градусах по Фаренгейту. Он имеет удельную теплоемкость около.122 британских тепловых единицы (БТЕ) на фунт на кубический дюйм.

Практичность

Низкоуглеродистая сталь особенно желательна для строительства из-за ее свариваемости и обрабатываемости. Благодаря высокой прочности и пластичности он довольно мягкий. Это означает, что его легче обрабатывать по сравнению с более твердой сталью. Также легко сваривать как саму себя, так и другие виды стали. Он приобретает красивую отделку и поддается полировке. Однако его нельзя упрочнить с помощью процессов термообработки, в отличие от более углеродистых сталей.Это не совсем плохо, потому что более твердая сталь не такая прочная, что делает ее плохим выбором для строительных проектов.

Сильнейшие металлы | Металл Супермаркеты

Прочность — важное качество при использовании металлов. Особенно это касается строительства, транспорта, тяжелой промышленности и инструментального производства. Металлические сплавы часто прочнее металла в чистом виде. Обсуждая самые прочные металлы, мы должны сначала подумать о том, что мы подразумеваем под прочностью.

Различные типы прочности металла

Существует ряд различных мер прочности металла:

Предел текучести измеряет наименьшее напряжение, которое приведет к остаточной деформации.
Прочность на сжатие измеряет величину напряжения сжатия, которое вызовет дефекты.
Прочность на разрыв измеряет величину растягивающего напряжения, которое вызовет дефекты.
Ударная вязкость измеряет количество энергии удара, которое вызовет трещину.

Важность различных типов прочности зависит от предполагаемого использования металла.

Какие металлы самые крепкие?

Есть ряд металлов, которые можно считать «самыми прочными».Конечно, это во многом зависит от предполагаемого применения металла. Еще одно соображение — различные сплавы, которые могут быть образованы с каждым металлом.

При этом четыре металла считаются самыми прочными:

Сталь
Титан
Вольфрам
Инконель

Сталь

Сталь — это сплав железа и углерода, часто в сочетании с другими элементами. Его получают путем нагрева железной руды в печах, где удаляются примеси и добавляется углерод.Необработанное железо пластично и непрочно, но добавление других элементов, таких как марганец, ниобий или ванадий, придает стали прочности и твердости. Однако важно помнить, что эти дополнительные элементы также влияют на другие свойства, такие как ударная вязкость и пластичность.

Сталь — один из самых распространенных материалов в современном мире — ежегодно производится более 1,3 миллиарда тонн стали. Он широко используется в транспортной, инфраструктурной, строительной и оружейной отраслях.Большинство крупных современных зданий, включая небоскребы, аэропорты и мосты, поддерживаются стальными конструкциями. В автомобильной промышленности сталь по-прежнему является основным материалом, хотя алюминий становится все более популярным. Сталь также используется для изготовления небольших предметов, таких как шурупы, гвозди и кухонная утварь.

Есть много форм стальных сплавов:

Нержавеющая сталь — это коррозионно-стойкий сплав, содержащий минимум 11% хрома.

Инструментальная сталь легирована вольфрамом и кобальтом и отличается твердостью.Инструментальная сталь может сохранять острую режущую кромку и используется в топорах и сверлах.

Мартенситностареющая сталь легирована никелем и другими элементами. Он имеет низкое содержание углерода и чрезвычайно прочен. Мартенситностареющая сталь используется в ракетах и обшивках ракет, газовых центрифугах для обогащения урана и лопастях ограждений.

Титан

Титан — посеребренный металл с низкой плотностью и высокой прочностью. Он отличается самым высоким отношением прочности на разрыв к плотности среди всех металлических элементов.Однако он не такой твердый, как некоторые разновидности термообработанной стали.

Титан обычно легирован рядом элементов, включая железо, алюминий и ванадий. Титановые сплавы прочные и легкие, что делает их идеальными для автомобильной, аэрокосмической, военной и промышленной отраслей. Две трети всего производимого титана используется для изготовления деталей самолетов. Титан также обладает высокой устойчивостью к коррозии в морской воде, что делает его идеальным для гребных валов и такелажа, а также для дайверских ножей.

Вольфрам

Вольфрам — редкий металл, встречающийся на Земле в форме химических соединений. Он имеет серый металлический цвет, хрупкий и трудный в обработке. В чистом виде она имеет твердость, превышающую твердость большинства сталей. Из всех чистых металлов вольфрам имеет самую высокую температуру плавления, самое низкое давление пара и самый высокий предел прочности. У него самый низкий коэффициент теплового расширения среди всех чистых металлов.

Прочность вольфрама значительно повышается за счет легирования его сталью.

Около половины всего вольфрама используется для производства твердых материалов, в основном карбида вольфрама. Из карбида вольфрама делают ножи, сверла, дисковые пилы и токарные станки. Металлообрабатывающая, горнодобывающая, строительная и нефтяная промышленность в значительной степени полагаются на инструменты из карбида вольфрама. Вольфрам также используется для изготовления сплавов. Высокая температура плавления вольфрама делает его идеальным для ракетостроения.

Инконель

Инконель — это разновидность аустенитного никель-хромового суперсплава.Он отличается высокой прочностью, которая не уменьшается при высоких температурах. Он также обладает высокой стойкостью к окислению и коррозии.

Свойства

Inconel делают его пригодным для работы в экстремальных условиях. Он обычно используется в лопатках газовых турбин, валах двигателей скважинных насосов, на предприятиях химической обработки и в реакторах с водой под давлением.

Нет времени читать блог?

Вы можете посмотреть наше видео ниже, чтобы узнать, какие металлы самые прочные:

Metal Supermarkets — крупнейший в мире поставщик мелкосерийного металла с более чем 85 обычными магазинами в США, Канаде и Великобритании.Мы эксперты по металлу и обеспечиваем качественное обслуживание клиентов и продукцию с 1985 года.

В Metal Supermarkets мы поставляем широкий ассортимент металлов для различных областей применения. В нашем ассортименте: нержавеющая сталь, легированная сталь, оцинкованная сталь, инструментальная сталь, алюминий, латунь, бронза и медь.

Наша горячекатаная и холоднокатаная сталь доступна в широком диапазоне форм, включая пруток, трубы, листы и пластины. Мы можем разрезать металл в точном соответствии с вашими требованиями.

Посетите одно из наших 80+ офисов в Северной Америке сегодня.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Сильное взаимодействие металла и носителя в зависимости от размера в нанокатализаторах из Au на носителе на TiO 2

SMSI в зависимости от размера в Au / TiO

₂

Au / TiO _{2 Катализаторы} с различным размером частиц Au были синтезированы методом коллоидного осаждения ^35,36,37. Как правило, коллоидные НЧ Au размером ~ 3 и ~ 9 нм были синтезированы с использованием поливинилового спирта (ПВС) и олеиламина (ОА) в качестве защитных агентов, соответственно, и нанесением на коммерческий TiO ₂ (P25, 58 мкм ² г ⁻¹) адсорбционным методом.После удаления лигандов (дополнительный рис. 1) образцы дополнительно прокаливали при 450 и 400 ° C для получения образца Au / TiO ₂ других размеров. Распределения по размерам были определены как 3,4 ± 1,0, 7,0 ± 1,2, 9,4 ± 1,6, 13,6 ± 2,0 нм (дополнительный рис. 2) и обозначены как Au-3 нм, Au-7 нм, Au-9 нм и Au- 13 нм соответственно. Подробная информация о приготовлении катализатора представлена в разделе, посвященном методам, а дополнительная информация об образцах представлена в дополнительной таблице 1.

Для исследования их характеристик SMSI образцы восстанавливали при различных температурах, обозначенных как образец-HX (X представляет собой температуру восстановления).Некоторые из восстановленных образцов были повторно окислены под 10 об.% O ₂ / He в течение 1 часа со скоростью потока 33,3 мл мин ^-1 при 400 ° C и обозначены как образец-HX-O400. Распределение частиц золота по размерам (дополнительные рисунки 3 и 4) и кристаллическая фаза TiO ₂ (дополнительный рисунок 5) для каждого образца практически не изменяются при высокотемпературной восстановительной или повторной окислительной обработке, что обеспечивает отличную испытательную площадку. для следующего расследования SMSI.

Как правило, классический SMSI между Au и TiO ₂ представляет собой динамическое явление, включающее подавление адсорбции малых молекул (таких как H ₂ и CO), перенос электронов между подложкой и металлом и массоперенос от подложки. для инкапсуляции металлических наночастиц после высокотемпературного восстановления и обращения предшествующих явлений после повторного окисления.Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье с диффузным отражением in situ (DRIFTS) адсорбции CO на различных катализаторах после различных термических обработок была впервые измерена благодаря ее чувствительности к исследованию как адсорбционных свойств, так и электронной структуры поверхности металла ^17,24. Результаты показаны на рис. 1. Помимо газообразного CO (полосы 2175 и 2120 см ⁻¹), на всех свежих образцах наблюдалась сильная адсорбция в области 2103–2105 см ⁻¹, что можно отнести к адсорбированному CO. на металлическом Au (CO – Au ⁰) ³⁸.Интенсивность этой полосы CO – Au ⁰ постепенно уменьшалась вместе с появлением полосы на ~ 2072 см ^-1 (приписываемой адсорбции CO на отрицательно заряженной поверхности Au (CO-Au ^{x —}) ) ³⁸, интенсивность которых также уменьшалась до полного исчезновения при повышении температуры восстановления. Они ясно указывают на подавление адсорбции CO и перенос электронов на поверхность Au, что является типичным признаком классического SMSI в металлах, нанесенных на TiO ₂ ^1,2,3.Кроме того, после повторного окисления при 400 ° C в течение 1 часа адсорбция CO полностью восстановилась на всех образцах; и все восстановленные полосы адсорбции были слегка смещены в синий цвет по сравнению с соответствующими свежими образцами, что свидетельствует об обратимой поверхностной адсорбционной способности, а также об обратимом переносе электронов между Au и носителем после обработки повторным окислением.

Рис. 1. Спектры DRIFT адсорбции CO на Au / TiO ₂ in situ с различным размером частиц.

a Au-3 нм, b Au-7 нм, c Au-9 нм и d Au-13 нм.Обозначение -fresh представляет образцы в исходном состоянии, обозначение -HX обозначает образцы, восстановленные на 10 об.% H ₂ / He при различных температурах, а обозначение -HX-O400 представляет образцы, повторно окисленные при 400 ° C после снижение.

Результаты CO-DRIFT демонстрируют, что на всех образцах с разным размером Au SMSI произошла после уменьшения H ₂ ³. Однако заметным отличием является то, что температуры восстановления, при которых адсорбция CO полностью исчезает, совершенно разные.Для образца Au-3 нм (рис. 1а) адсорбция CO полностью исчезла только после восстановления при 600 ° C, а для образца Au-7 нм она исчезла при восстановлении при 500 ° C (рис. 1б). Для образцов с гораздо более крупными наночастицами Au (Au-9 нм и Au-13 нм) адсорбция CO полностью исчезла при гораздо более низкой температуре восстановления 400 ° C (рис. 1c, d). Нормализованное покрытие CO при различных температурах восстановления на различных образцах было представлено на дополнительном рис. 6, где четко определено зависящее от размера покрытие CO на наночастицах Au.Четкое различие в результатах CO-DRIFT может указывать на заметный размерный эффект на SMSI между Au и TiO ₂, который до сих пор не был раскрыт. Размерный эффект массопереноса от TiO ₂ для инкапсулирования НЧ Au после восстановительной обработки был также подтвержден просвечивающей электронной микроскопией высокого разрешения (HRTEM). Медвежьи НЧ Au различного размера можно отчетливо наблюдать для образцов после синтеза, как показано на рис. 2a, c, e, g. После восстановления при температурах, при которых адсорбция CO полностью исчезла, НЧ Au были полностью инкапсулированы тонким слоем во всех образцах, как показано на рис.2б, г, е, з. Спектроскопия потерь энергии электронов (EELS) дополнительно выявила низковалентный Ti в слоях инкапсуляции на образцах Au-3 нм-H600 и Au-9 нм-h500 ³, дополнительный рис. 7, что свидетельствует о покрытии TiO _{2 — x} разновидностей, аналогично системе Pd / TiO ₂ ³⁹. Что еще более важно, НЧ Au в образце Au-3 нм, восстановленном при 400 ° C, были инкапсулированы лишь частично, что было четко подтверждено анализом картирования EELS для Au-3 нм-h500 (рис.3). Как можно видеть, как результат картирования (рис. 3c), так и извлеченные спектры EELS (рис. 3e) Ti на Au НЧ предполагают, что наночастицы Au на Au-3 нм-h500 не были полностью инкапсулированы (например, в области 4 сигнал Ti явно слабее, чем в 2 и 3, и, что более важно, в области 5 нет детектируемого сигнала Ti). Все эти результаты однозначно демонстрируют наличие размерного эффекта в SMSI.

Рис. 2: Типичные изображения HRTEM различных образцов.

a Au-3 нм, b Au-3 нм-H600, c Au-7 нм, d Au-7 нм-H500, e Au-9 нм, f Au -9 нм-h500, г Au-13 нм и h Au-13 нм-h500.

Рис. 3: Анализ картирования EELS образца Au-3 нм-h500.

a Обзорное изображение для теста отображения EELS, b изображение спектра EELS, c элементарная карта EELS для Ti, d соответствующая высокоугловая кольцевая сканирующая электронная микроскопия в темном поле (HAADF- STEM) изображение и e извлеченные спектры EELS (за вычетом фона) выбранных позиций (красная метка) в ( b ), которые также отмечены желтыми квадратами в ( d ).Желтые линии в ( a — c ) отмечают границу раздела Au NP и TiO ₂.

В случае повторно окисленных образцов, где хемосорбция CO была восстановлена, тонкие верхние слои отступили (дополнительный рис. 8). Кроме того, с увеличением размера частиц Au можно наблюдать небольшое красное смещение полосы CO – Au ^{x —} для образцов, восстановленных при той же температуре. Например, после восстановления при 300 ° C полосы CO-Au ^{x —} на Au-3 нм-h400, Au-7 нм-h400, Au-9 нм-h400 и Au-13 нм-h400 находятся на 2077, 2075, 2071 и 2068 см ⁻¹ соответственно (рис.1 и дополнительный рис.9). Этот результат указывает на увеличение переноса электронов с увеличением размера Au, что также было подтверждено измерениями электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Как показано на дополнительном рисунке 10, различия как в интенсивности, так и в ширине сигнала г = 1,94 (приписываются поверхностным частицам Ti ³⁺ после высокотемпературного восстановления ^40,41,42, см. Дополнительную информацию для более подробно) между двумя образцами предполагают, что Au-9 нм-h500 имеет больше поверхностных частиц Ti ³⁺, чем Au-3 нм-h500, что дополнительно демонстрирует влияние размера на SMSI.Следует отметить, что перенос электрона в условиях SMSI резко отличается от переноса электрона в условиях электронного взаимодействия металла с носителем (EMSI) ^43,44, где наибольший перенос заряда наблюдался на металлических частицах размером около 1,5 нм и / или менее 4 нм ^45,46,47. EMSI естественным образом образуется в некоторых специальных каталитических системах без какой-либо обработки, в то время как SMSI возникает только после специальных обработок, таких как высокотемпературное восстановление (классический SMSI), высокотемпературное окисление ^4,8,24 или во время реакции ^{12 , 48}.В этой работе мы исследовали классический SMSI, где требуется высокотемпературное восстановление с помощью H ₂, поэтому перенос электронов между носителем и Au намного проще, чем в случае EMSI.

Вышеупомянутые исследования однозначно показали наличие размерного эффекта в SMSI на катализаторах Au / TiO ₂ с точки зрения не только переноса электронов, но и массопереноса между НЧ Au и TiO ₂. Может возникнуть вопрос, влияет ли геометрия НЧ на SMSI, на который у нас пока нет ответа.Необходима самостоятельная работа по систематическому изучению влияния геометрической структуры, которая выходит за рамки данной работы. Однако отметим, что в этой работе эффект в основном связан с размером, а не с геометрией, потому что, по крайней мере, для НЧ Au размером ~ 3 и ~ 7 нм структура одинакова (усеченный октаэдр с гранями Au {111} и {100}, в основном обнаженными , Дополнительный рис. 11).

Механизм зависящего от размера SMSI в Au / TiO

₂

Инкапсуляция, произошедшая во время SMSI, может рассматриваться как процесс смачивания наночастиц Au восстановленным оксидом титана (TiO _{2− x}).Как сообщает Fu et al. ¹⁸, процесс инкапсуляции в основном определяется поверхностным натяжением. Согласно уравнению баланса поверхностного натяжения. (1) ожидается большее поверхностное натяжение металла, чем у опоры TiO ₂. Это часто имеет место для PGM, поддерживаемых TiO ₂ (дополнительная таблица 2). Но для Au относительно низкое поверхностное натяжение ( γ _Au = 1,51 Дж · м ⁻²) традиционно считалось основной причиной отсутствия SMSI ^18,23.Однако недавнее открытие SMSI в TiO ₂ на основе Au ³ или Ag с даже более низкой поверхностной энергией, чем Au ^3,49, подразумевает либо ранее сообщенное поверхностное натяжение TiO ₂ (1,3–1,9 Дж · м). ^-2, дополнительная таблица 2) переоценена, или может потребоваться сосредоточить внимание на других подробных структурных факторах или пересмотреть их. Экспериментально измеренная относительно низкая поверхностная энергия TiO ₂ (0,5–1,7 или <0,7 Дж · м ^–2, дополнительная таблица 2) предполагает, что первое может быть более вероятным.Следовательно, возможен случай, когда Au, обладающее более высоким поверхностным натяжением, чем TiO ₂, смачивается TiO ₂, когда минимизация поверхностной свободной энергии наночастиц Au является основной движущей силой. С другой стороны, в наномасштабе зависимость поверхностного натяжения от размера является существенной и широко изучается, начиная с Tolman ⁵⁰. Хотя сообщалось о положительной и отрицательной корреляции поверхностного натяжения с размером частиц, при высоких температурах положительная корреляция между размером частиц и поверхностным натяжением более вероятна, поскольку вклад поверхностной энтропии не является незначительным (дополнительный рис.12, см. Дополнительную информацию в дополнительной информации) ⁵¹. Поэтому для оценки движущей силы поверхностное натяжение увеличивается с размером NP, дополнительное уравнение. (1). Другими словами, более крупные наночастицы Au с более высокой поверхностной энергией имеют более сильную тенденцию смачиваться TiO ₂.

$$ \ gamma _ {\ rm {Au}} = \ gamma _ {{\ mathop {\ rm {int}}}} + \ gamma _ {\ rm {TiO} _ {2 — x}}. $ $

(1)

Предполагая, что реакция инкапсуляции в основном происходит на границе раздела Au / TiO ₂, процесс динамической реакции дополнительно исследуется путем установления модели термодинамического равновесия, зависящей от поверхностного натяжения, как схематично показано на рис.4b, который непосредственно извлечен из рис. 4a. Баланс поверхностного натяжения (уравнение (1)) всегда может быть соблюден в точке контакта. Мы предполагаем, что в масштабе интересующего размера наночастиц в большом количестве присутствуют частицы верхнего слоя TiO _{2− x}, поэтому в любых термодинамически уравновешенных состояниях степень инкапсуляции θ является только функцией поверхностного натяжения γ _Au , γ _int, \ (\ gamma _ {\ rm {TiO} _ {2 — x}} \) и r , радиус NP.Начнем с уравнения. (1), после формулировки (см. Дополнительную информацию для подробного описания процесса), соотношение между r и θ получается, как выражено в дополнительном уравнении. (8). Положительная корреляция между r и θ , обнаруженная в экспериментах, успешно воспроизводится путем решения Дополнительного уравнения. (8) численно (решения представлены на дополнительном рис. 13). Таким образом, установленная выше модель термодинамического динамического равновесия обеспечивает конкретную интерпретацию экспериментально подтвержденного размерного эффекта в SMSI Au / TiO ₂.

Рис. 4: Построение модели термодинамического равновесия.

a Типичное изображение HRTEM Au-3 нм-h500. b Схема инкапсуляции частицы Au (в сферическом сегменте) на подложке TiO ₂. r (черная стрелка) представляет радиус частицы Au, а γ _Au (оранжевая стрелка), \ (\ gamma _ {\ rm {TiO} _ {2 — x}} \) (красная стрелка) , и γ _int (синяя стрелка) — поверхностные натяжения частицы Au, подложки TiO ₂ и границы раздела между ними.Толстая и тонкая пунктирная красная линия в ( b ) указывает контур слоя инкапсуляции и контур исходной опоры TiO ₂ соответственно.

Каталитическое применение SMSI в зависимости от размера

Известно, что во многих реакциях каталитические характеристики нанесенных золотых катализаторов зависят от размера ^{26,27,28,52,53}. Обычно неравномерное распределение частиц по размеру может приводить к получению различных продуктов, что снижает селективность.Обнаружение размерного эффекта на SMSI Au / TiO ₂ может, следовательно, обеспечить подход к тонкой настройке каталитических характеристик путем селективной инкапсуляции более крупных наночастиц Au. Чтобы проверить это, мы синтезировали модельный катализатор (Au-3 + 9 нм) путем осаждения наночастиц Au 3 и 9 нм на TiO ₂, как показано на дополнительном рисунке 14, и изучили их каталитические характеристики с помощью хемоселективного гидрирования. 3-нитростирола в качестве зонда реакции. Это чувствительная к структуре реакция с точки зрения селективности из-за различных моделей адсорбции 3-нитростирола на металлах разного размера, как показано на дополнительном рис.15 ⁵⁴. С другой стороны, остается неясным, является ли активность чувствительной к размеру или нет, потому что этапом определения скорости может быть активация H ₂, которая, однако, может отличаться на разных размерах металлических поверхностей. Соответственно, в этой работе мы сосредотачиваемся только на селективности, зависящей от размера. Как показано в таблице 1, Au-3 нм имеет относительно высокую селективность ~ 78% (запись 1), в то время как Au-9 нм дает гораздо более низкую селективность (~ 39%, запись 2) с аналогичной конверсией, что свидетельствует о том, что более крупные наночастицы Au являются менее избирательный.Это согласуется со структурной чувствительностью гидрирования 3-нитростирола. Образец Au-3 + 9 нм показывает среднюю селективность между таковыми для Au-3 и Au-9 нм (54,7% в записи 3). Однако после снижения при 400 ° C селективность значительно улучшилась (96,1% в записи 4), что аналогично селективности Au-3 нм-h500 (95,5% в записи 5). Повышение селективности в Au-3 + 9 нм-h500 можно рационально объяснить размерно-зависимым SMSI. С одной стороны, большая частица Au была почти полностью инкапсулирована, что подтверждается значительным снижением активности Au-9 нм-h500 (запись 6 в таблице 1) и изображениями HRTEM, дополнительный рис.16. С другой стороны, слегка повышенная селективность в Au-3 + 9 нм-h500 и Au-3-h500 по сравнению с Au-3 нм должна быть вызвана электронным эффектом при восстановлении из-за благоприятной адсорбции -NO _{. 2} группа на богатых электронами сайтах ^54,55,56,57. Это еще одно преимущество использования SMSI для создания отрицательно заряженных активных сайтов.

Таблица 1 Хемоселективное гидрирование 3-нитростирола с использованием различных катализаторов.

Также была измерена нормализованная активность Au-3 + 9 нм-h500 (дополнительная таблица 3), и рассчитанное TOF, основанное на общем количестве Au, составляет 11.9 ч ^-1 при 110 ° C, что выше, чем у Au-3 нм-h500 (7,1 ч ^-1) и Au-9 нм-h500 (1,3 ч ^-1). Также была исследована каталитическая стабильность Au-3 + 9 нм-h500. Он показывает, что образец достаточно стабилен, так как за пять циклов реакции снижение активности незначительно, а селективное изменение не обнаруживается, дополнительный рисунок 17. Использованный образец был охарактеризован HAADF-STEM и HRTEM. Сравнение изображений HAADF-STEM и HRTEM образца Au-3 + 9 нм-h500 ранее (дополнительный рис.16) и после (дополнительный рис. 18) реакции показывает, что увеличение размера частиц Au практически не наблюдалось. Между тем, ситуация, когда крупные частицы Au были инкапсулированы, а мелкие частицы были покрыты лишь частично, сохранялась после реакции. Приведенные выше каталитические результаты ясно демонстрируют потенциальные возможности применения SMSI в зависимости от размера в области катализа.

Прочные металлы для обручального кольца

Когда дело доходит до помолвки и обручальных колец, вокруг камня много шума, но как насчет металла обручального кольца? Если ваша повседневная деятельность может вызвать значительную нагрузку на кольцо, прочность и твердость металла должны быть в вашем списке приоритетов.

Не знаете, с каким металлическим обручальным кольцом подобрать? Начните с семи металлов, перечисленных ниже, помня, что достижение максимальной прочности или твердости часто сопровождается жертвами в других областях, таких как возможность настройки или изменения размера или потеря блеска с течением времени. При выборе идеального металла для обручального кольца учитывайте все свои потребности.

Прочные металлы для обручальных колец

вольфрам
Керамика
Титан
Платина
Палладий
Нержавеющая сталь
Кобальт

При оценке каждого металла имейте в виду, что прочный может означать прочный (устойчивый к сколам и поломкам) или твердый (устойчивый к царапинам).Прежде чем выбрать лучшее обручальное кольцо, убедитесь, что вы понимаете как прочность, так и прочность.

вольфрам

Вольфрам в четыре раза тверже титана и самый устойчивый к царапинам металл, который вы найдете для обручального кольца. Если вы ищете высокую стойкость к царапинам по удобной цене, вольфрам — ваш лучший выбор. Однако он может быть немного хрупким, вплоть до сколов или поломок. Из-за этого вольфрам нельзя изменить размер .

Керамика

Керамика по твердости уступает вольфраму.Он сделан из карбида титана, твердого материала, который при этом остается сверхлегким. Он исключительно устойчив к царапинам и доступен в нескольких цветах. Керамика нова в ювелирной промышленности, поэтому стили могут быть немного более ограниченными по сравнению с другими металлами. (Он также может быть несколько хрупким, как вольфрам, поэтому его размер также нельзя изменить.)

Титан

Titanium оправдывает свою репутацию как прочный, а также легкий и удобный .Титан не тускнеет, и хотя со временем на нем могут появиться признаки износа, его можно отполировать, чтобы он выглядел как новый. Как будто ничего не может быть лучше, это еще и доступно. Единственным недостатком является сложность, а то и невозможность изменения размера титанового кольца.

Платина

Платина, самый дорогой выбор здесь, известна тем, что символизирует чистую, вечную любовь. Это мощный инструмент, но его можно изменять. Это прочный металл, но не устойчивый к царапинам. Он никогда не тускнеет, но со временем естественным образом образует «патину» , которая представляет собой тонкий слой пленки, придающей ему античный вид.Яркий серебристый цвет и поверхность без царапин можно восстановить, посетив ювелира для повторной полировки. (Мы знаем отличное место для начала поиска платиновых украшений — Platinum Guild International.)

Нужны услуги по уходу за ювелирными изделиями, советы экспертов и полезные советы прямо на почту? Подпишитесь на блог «Шкатулка»!

Палладий

Палладий — это металл белого цвета, который не тускнеет. По внешнему виду и прочности он очень похож на платину, но более доступен по цене .Он менее плотный, чем платина, а также менее редок. На палладии видны царапины, и размер его трудно изменить, обычно это делает производитель.

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь — это прочный и долговечный новатор в ювелирной промышленности. Если вы хотите прочное кольцо, но не хотите разориться, нержавеющая сталь — отличный выбор. Со временем на нем появятся признаки износа, но его можно отполировать. Что касается изменения размера, некоторые ювелиры могут не иметь возможности изменять размер нержавеющей стали, потому что у них нет правильного оборудования для изменения металла.Хотя нержавеющую сталь сложно изменить размер, более крупные предприятия и производители должны иметь возможность изменять размер браслета.

Кобальт

Кобальт становится все более популярным для изготовления обручальных колец. Его цвет очень похож на белое золото , но он намного прочнее и по отличной цене. Эти ленты обладают довольно высокой устойчивостью к царапинам и в целом очень прочны. (Настолько прочный, что изменение размера здесь тоже не вариант.)

Примечание. Некоторые из этих металлов настолько прочные, что их можно использовать только для изготовления мужских колец, поскольку манипулировать ими для настройки и других конструктивных особенностей или изменения размера затруднительно.

Есть много вариантов найти самый прочный металл для обручальных колец. Поначалу это может показаться ошеломляющим, поэтому не стесняйтесь обращаться за помощью к ювелирам. Отправляйтесь к своему ювелиру, примерьте кольца, задайте вопросы и посмотрите, какое крепкое кольцо вам больше всего нравится.

Как только вы найдете для себя лучшее обручальное кольцо, убедитесь, что оно застраховано! Получить расценки на страхование от Jewelers Mutual Group легко и не требуется никакой личной информации. Получите предложение менее чем за минуту .

Ищете связанный контент?

Платина и серебро: тот же цвет, очень разные металлы

Сколько стоит застраховать обручальное кольцо?

Когда и как уменьшить размер кольца без изменения размера

Микроскопическое уточнение дает сверхпрочный металл

Эксперименты показывают, что в образцах никеля с диаметром зерен всего 3 нанометра и при высоких давлениях прочность образцов продолжала расти с уменьшением размеров зерен.

Вы их не видите, но большинство металлов вокруг вас — монеты, столовое серебро, даже стальные балки, поддерживающие здания и путепроводы — состоят из крошечных металлических частиц. Под достаточно мощным микроскопом вы можете увидеть переплетенные кристаллы, похожие на гранитную столешницу.

Материаловедам давно известно, что металлы становятся прочнее по мере того, как размер зерен, составляющих металл, становится меньше — до определенного предела. Если зерна меньше 10 нанометров в диаметре, материалы будут слабее, потому что считалось, что они скользят друг мимо друга, как песок, скользящий по дюне.У прочности металлов был предел.

Но эксперименты, проведенные бывшим докторантом Университета Юты Сяолином Чжоу, ныне работающим в Принстонском университете, доцентом геологии Лоуэллом Мияги и Бин Ченом из Центра перспективных исследований науки и технологий высокого давления в Шанхае, Китай, показывают, что это не всегда случай — в образцах никеля с диаметром зерен всего 3 нанометра и при высоких давлениях прочность образцов продолжала расти с меньшими размерами зерен.

Результатом, по словам Чжоу и Мияги, является новое понимание того, как отдельные атомы металлических зерен взаимодействуют друг с другом, а также способ использования этой физики для получения сверхпрочных металлов. Их исследование, проведенное с коллегами из Калифорнийского университета в Беркли и университетов Китая, было опубликовано в журнале Nature 24 февраля 2020 года.

«Наши результаты предлагают возможную стратегию производства сверхпрочных металлов», — говорит Чжоу. «В прошлом исследователи считали, что самый сильный размер зерна составляет около 10-15 нанометров.Но теперь мы обнаружили, что можем производить более прочные металлы толщиной менее 10 нанометров ».

Проталкиваясь мимо Холла-Петча

Для большинства металлических предметов, говорит Мияги, размер металлических зерен составляет от нескольких до нескольких сотен микрометров — примерно диаметр человеческого волоса. «Высококачественные столовые приборы часто имеют более мелкую и однородную зернистую структуру, что позволяет получить лучшую кромку», — говорит он.

Ранее известная взаимосвязь между прочностью металла и размером зерна была названа соотношением Холла-Петча.Согласно Холл-Петчу, прочность металла увеличивалась с уменьшением размера зерен до 10-15 нанометров. Это всего лишь четыре-шесть нитей ДНК в диаметре. Размер зерен ниже этого предела просто не был таким сильным. Таким образом, чтобы максимизировать прочность, металлурги будут стремиться к наименьшему эффективному размеру зерна.

Моделирование деформированного никеля с размером зерна 3 нм. Цветные линии указывают на частичную или полную дислокацию зерен. Предоставлено: Чжоу и др.

«Уменьшение размера зерна — хороший способ повысить прочность», — говорит Чжоу.«Поэтому в прошлом было довольно неприятно обнаружить, что этот подход к измельчению зерна больше не работает ниже критического размера зерна».

Объяснение ослабления ниже 10 нанометров связано со способом взаимодействия поверхностей зерен. По словам Мияги, поверхность зерен имеет другую атомную структуру, чем внутренняя часть. Пока зерна удерживаются вместе силой трения, металл будет сохранять прочность. Но считалось, что при малых размерах зерен зерна просто будут скользить друг мимо друга под действием напряжения, что приведет к слабому металлу.

Технические ограничения ранее препятствовали прямым экспериментам с нанозернами, ограничивая понимание того, как ведут себя наноразмерные зерна и может ли еще существовать неиспользованная прочность ниже предела Холла-Петча. «Поэтому мы разработали наше исследование для измерения прочности нанометаллов», — говорит Чжоу.

Под давлением

Исследователи протестировали образцы никеля, материала, который доступен в широком диапазоне размеров нанозерен, вплоть до трех нанометров. Их эксперименты включали размещение образцов с различным размером зерен под интенсивным давлением в ячейке с алмазной наковальней и использование дифракции рентгеновских лучей для наблюдения за тем, что происходило в наномасштабе в каждом образце.

«Если вы когда-либо играли с пружиной, вы, вероятно, натягивали ее достаточно сильно, чтобы испортить ее, и она перестала делать то, что должна», — говорит Мияги. «Это в основном то, что мы здесь измеряем; как сильно мы можем надавить на этот никель, пока не деформируем его до такой степени, чтобы он не мог восстанавливаться ».

Прочность продолжала увеличиваться вплоть до наименьшего доступного размера зерна. Образец 3 нм выдержал силу 4,2 гигапаскалей (примерно такую же силу, как 10 000 фунтов.слоны балансировали на единственной высокой пятке) до необратимой деформации. Это в десять раз прочнее, чем никель с зернистостью коммерческого сорта.

Дело не в том, что связь Холла-Петча нарушилась, говорит Мияги, а в том, что способ взаимодействия зерен в экспериментальных условиях был другим. Высокое давление, вероятно, преодолело эффекты скольжения зерна.

«Если вы очень сильно столкнете два зерна вместе, — говорит он, — им будет трудно скользить мимо друг друга, потому что трение между зернами становится большим, и вы можете подавить эти механизмы скольжения по границам зерен, которые, как оказывается, ответственны за это ослабление. .”

Когда зернограничное скольжение подавлялось при размере зерен менее 20 нм, исследователи наблюдали новый механизм деформации атомного масштаба, который привел к экстремальному упрочнению мельчайших зерен образцов.

Сверхсильные возможности

Чжоу говорит, что одно из достижений этого исследования заключается в их методе измерения прочности материалов в наномасштабе, чего раньше не делали.

Мияги говорит, что еще одним достижением является новый подход к упрочнению металлов — создание поверхности зерен для подавления скольжения зерен.

«У нас не так много промышленного применения вещей, в которых давление столь же высокое, как в этих экспериментах, но показав давление как один из способов подавления деформации границ зерен, мы можем подумать о других стратегиях ее подавления, возможно, используя сложные микроструктуры, у которых есть формы зерен, которые препятствуют скольжению зерен друг относительно друга ».

Ссылка: «Упрочнение ультрамелкозернистых металлов под высоким давлением» Сяолин Чжоу, Цзунцян Фэн, Линли Чжу, Цзяньин Сюй, Лоуэлл Мияги, Хунлян Донг, Хунвэй Шэн, Яньцзю Ван, Цюань Ли, Янмин Ма, Хэнчжун Чжан, Цзиньюань Янь.

Самый твердый металл в мире

Что такое титан?

Промышленное применение титана

Создан самый крепкий в мире сплав

Крепкий каркас системы

Из металла как более прочные. Самый крепкий металл в мире. Самый твердый металл из чистых

Что такое титан?

Промышленное применение титана

Крепкий сплав. Белорусы предложили улучшить челябинский металл

«Алюминий — это новая сталь»: ученые нашли способ сделать металл прочнее

Самый прочный сплав в мире: химические и физические свойства

Механические свойства мягкой стали

Химия

Физические свойства: Прочность

Количественные физические свойства

Практичность

Сильнейшие металлы | Металл Супермаркеты

Различные типы прочности металла

Какие металлы самые крепкие?

Сталь

Титан

Вольфрам

Инконель

Нет времени читать блог?

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Сильное взаимодействие металла и носителя в зависимости от размера в нанокатализаторах из Au на носителе на TiO 2

SMSI в зависимости от размера в Au / TiO

Механизм зависящего от размера SMSI в Au / TiO

Каталитическое применение SMSI в зависимости от размера

Прочные металлы для обручального кольца

Прочные металлы для обручальных колец

вольфрам

Керамика

Титан

Платина

Палладий

Нержавеющая сталь

Кобальт

Микроскопическое уточнение дает сверхпрочный металл

Проталкиваясь мимо Холла-Петча

Под давлением

Сверхсильные возможности

Добавить комментарий Отменить ответ