Титан - очень легкий и прочный металл, который совершенно не ржавеет. Именно поэтому из него делают детали для самолетов, космических ракет, подлодок и даже медицинских имплантов.
Но его слабое место - это трение. Если сделать из титана шестеренки или подшипники, они быстро покроются царапинами и сотрутся. Инженеры всего мира бьются над этой проблемой десятилетиями.
Волгоградские ученые Артем Богданов, Виталий Кулевич и их коллеги решили создать своеобразный "щит" из сверхтвердого сплава. Для этого они взяли сам титан, добавили к нему медь и никель. При соединении на атомном уровне они образуют структуру, которая в разы тверже обычного металла.
Чтобы намертво соединить лист титана и медно-никелевый сплав, исследователи использовали силу взрыва. Ударная волна со скоростью около 1 900 метров в секунду "вбивает" один металл в другой.
После взрыва получился толстый "бутерброд". Его пропустили через мощные валы прокатного стана, раскатав до нужной толщины. Медно-никелевый слой стал тонким (около 0,3 миллиметра) и равномерным.
Затем на этот тонкий слой направили промышленный лазер. Из-за колоссальных температур медь, никель и титан перемешались в расплаве.
Ученые сначала просчитали весь процесс нагрева и остывания на компьютере, найдя оптимальные значения.
В результате на поверхности титана образовался слой из новых сверхтвердых микрочастиц. Под микроскопом это выглядит как плотная, мелкодисперсная "броня".
Покрытие выдержит удар в пять гигапаскалей. При комнатной температуре оно стирается в 2,5 раза медленнее, чем обычный титан. Даже если деталь раскалить до плюс 600 градусов, покрытие остается в полтора раза более устойчивым к трению.
Металл успешно прошел испытание, когда его царапали алмазной иглой под микроскопом. Покрытие не отслоилось и не пошло трещинами - оно монолитно связано с основой.
Главная проблема, которую решили ученые, - создание долговечных деталей из титана без потери его главного преимущества (легкости).
Возможные сферы применения: авиация и космос, автомобилестроение, робототехника и другие отрасли промышленности. Элементы двигателей, турбин, шасси станут легче (что сэкономит тонны топлива), но при этом не будут стираться от вибраций. Детали станков и механизмов, которые работают при высоких температурах и постоянном трении, станут долговечнее.
Ученые доказали, что комбинируя разные методы (взрыв, давление и лазер), можно заставить обычные металлы вести себя как сверхматериалы.