Hő hatására ellenállóbb lesz a fém

A kovács annak hatására képes különféle formájúvá kalapálni az izzó vasat, hogy az felforrósítva ellágyul. Azt is tudjuk a hétköznapi tapasztalatainkból, hogy egy rézdrót sokkal hajlékonyabb, mint egy ugyanolyan vastagságú acéldrót.

A Massachusettsi Műszaki Egyetem kutatói azonban felfedezték, hogy a felmelegített fém erősebb abban az esetben, ha szupernagy sebességgel mozgó tárggyal ütközik. Az efféle, rendkívüli körülmények között a réz ugyanolyan erős lehet, mint az acél. A felfedezés olyan anyagok tervezését teszi lehetővé, ami kimondottan extrém körülményekre készül, például űrhajók, hiperszonikus repülők védőpajzsa, illetve nagy sebességgel járó gyártási folyamatok eszközei.

A kutatás során mikroszkopikus méretű zafírszemcséket lőttek lézer segítségével egy-egy fémlapra, a zafír ennek során másodpercenként néhány száz méteres sebességűre tudott gyorsulni. Annak köszönhetően, hogy egészen apró szemcsékkel kísérleteztek, most lehetőség nyílt arra, hogy elkülönítsék a becsapódáskor a mechanikai hatásokat a hőhatásoktól – nagy méretű, pl. centis nagyságrendű szemcsék ütköztetésekor ezek a hatások egybemosódnak. A mikroszkopikus méretű szemcsék nem hoznak létre számottevő nyomáshullámot a becsapódás során, nagyjából egy évtizedbe telt a kutatóknak kifejleszteni azt az eljárást, amellyel kellően felgyorsíthatták e szemcséket.

A tesztek során a kutatók extrém nagy sebességgel üzemelő kamerát használtak a szemcse megfigyeléséhez, és így rögzítették, hogy az egyes becsapódások során mennyire és milyen gyorsan pattan vissza a felületről a szemcse. Az odaút és a visszaút sebességkülönbsége alapján kiszámítható, hogy mennyi energiát adott át a felületnek becsapódáskor a szemcse, ez pedig a felület erősségének jelzésére szolgál.

A kutatás során réz, titán és arany felületeket bombáztak a 10-20 mikron nagyságú zafírszemcsékkel, ám feltehetően más fémek esetében is hasonlóan viselkedik az anyag. A fémek belső szerkezetében bekövetkező változásokat korlátozza egy, a magasabb hőmérsékleten fellépő tulajdonságuk.

Ennek hatására ha egy bizonyos sebességet meghalad a becsapódás, onnantól fogva az anyag egyre kevésbé fog eldeformálódni. Persze egy bizonyos pont elérése után már ismét lágyabbá válik az anyag, ahogy kezd megolvadni, és eltűnik ez a hatás. Az egyelőre nem ismert, hol húzódhat ez a határ.

A felfedezés az extrém feszültségeknek kitett anyagok kiválasztásában segítheti a döntéseket, hisz így akár egy olcsó, vagy könnyebben előállítható anyag is megfelelhet a kívánt célra. Nem kell feltétlenül űrhajókra gondolni, hasonlóan nehéz helyzetbe kerül például egy homokviharban felszállni kívánó helikopter rotorlapátja.

A kísérletekből leszűrt következtetések a különféle célra, extrém körülmények közepette felhasználandó fémek és fémötvözetek előállítása során nyújtanak segítséget a tervezőknek.