Megtalálták az üveges fém receptjét

Az acél egy nem mindennapi típusát fedezték fel, ami sokkal inkább üvegre, mintsem fémre emlékeztet. Szokatlanul erős, és fejlesztői remélik, hogy használható lesz tartós gyógyászati implantátumok vagy könnyebb repülőgépek megalkotásánál.

"Az emberek évtizedek óta próbálkoznak ezeknek az anyagoknak az előállításával" - mondta Zhao Ping Lu, az amerikai Oak Ridge Nemzeti Laboratórium kutatója. Lu és munkatársai végül sikerrel jártak a megfelelő recept megtalálásában, hogy az acélt üvegesen tartsák miután megszilárdult.

Felül a kristályos, alul az amorf struktúra

A hagyományos fémekben az atomok szabályos, kristályos módon tömörülnek össze, mint a narancsok a gyümölcsös rekeszben. Azonban az amorf szilárd anyagok - mint az üveg - esetében az atomok rendezetlenek, egy folyadék atomjaira hasonlítanak, azzal a különbséggel, hogy ezek már többé-kevésbé megszilárdultak. Az összekuszált atomszerkezettel rendelkező fémek jellemzően keményebbek és erősebbek mint kristályos társaik, így rendkívül csábítóak a mérnökök számára. Például ezek az amorf ötvözetek használhatók olyan repülőgépek megépítéséhez, amik ugyanolyan erősek, mintha hagyományos fémekből készültek volna, azonban kevesebb anyag szükséges ennek eléréséhez, így sokkal könnyebbé lehet tenni azokat.

A gond az, hogy az amorf fémötvözetek általában rendkívül költségesek. A piacon fellelhető példányok főként drága cirkóniumból vagy palládiumból készülnek. Egy vason alapuló amorf fém jelentősen csökkenthetné az árakat. "A mi ötvözetünk minden eleme olcsó" - jelentette ki Lu. Becslése szerint üveges acélja az amorf acélok jelenlegi 220 dolláros kilónkénti árát 33 dollárra csökkenthetné. Ez még mindig költséges egy átlagos acélhoz viszonyítva, így valószínűtlen hogy a közeli jövő épületeit amorf acél fogja összetartani. Ehelyett inkább specializált alkalmazásokban jut szerephez: az ipari gépezetek edzett borításai, sport felszerelések, mint tenisz- és golfütők, valamint gyógyászati beültetések esetében.

Korábban is készítettek már amorf acélt, de csak kis mennyiségekben. Amennyiben 4 milliméter átmérőnél nagyobb tömbökbe öntik őket, az ötvözet részei hajlamosak a kristályosodásra, csökkentve ezáltal erejét és keménységét. Lu és munkatársai felfedezték, hogyan küszöbölhetik ki ezt a problémát. Az acél alapvetően a vas és kis mennyiségű szén ötvözete, bár a legtöbb ipari acél számos más elemet is tartalmaz, mint például a krómot, ami a rozsdamentes acélok egyik fontos összetevője.

A kutatók vas, króm, mangán, molibdenum, szén, bór, és ami a legfontosabb, a ritkafém ittrium keverékét alkalmazták. Azok az ötvözetek melyek 1,5% körüli ittriumot tartalmaztak, lényegesen alacsonyabb hőmérsékleten is folyékonyak maradtak, ami segít az amorf szerkezetnek a fém megszilárdulása közben is a helyükön maradni. Az ittrium továbbá lelassítja a vas-karbid kristályainak növekedését is, ami máskülönben előtérbe kerül az ötvözet hűlésével, és arra készteti az acélt, hogy minden részében kristályossá váljon. Eddig Lu csapata 12 milliméter széles fémrudakat állított elő, mivel ennél nagyobbra laboratóriumi körülmények között nincs lehetőség. "Szerintem nagyobb is előállítható lenne" - vélekedett Lu.

Az amorf acélnak van még egy hasznos tulajdonsága. A hagyományos acéllal ellentétben nem vonzza a mágnes, hacsak kellőképpen le nem hűtik. Lu szerint fontos katonai alkalmazásai lehetnek egy ilyen nem mágneses acélnak, jelenleg azonban szigorúan hét lakat alatt tartják.

Letölthető videó, formátuma WMV, mérete 3,2 MB