Металлическая пена выдерживает 1 млн циклов при экстремально высокой температуре

Исследователи из Университета штата Северная Каролина продемонстрировали, что композитная металлическая пена способна выдерживать более миллиона циклов повторной нагрузки при экстремальных температурах 400°C и 600°C без разрушения, согласно новым исследованиям, опубликованным в журнале Journal of Materials Science. Этот прорыв свидетельствует о том, что легкий материал может произвести революцию в таких сферах, как аэрокосмическая промышленность, атомная энергетика и автомобилестроение, где оборудование подвергается воздействию как высоких температур, так и повторным нагрузкам.В ходе исследования, проведённого с образцами композитной металлической пены на основе стали-стали, было установлено, что материал сохранял свою структурную целостность на протяжении 1,3 миллиона циклов при 400°C и 1,2 миллиона циклов при 600°C, прежде чем исследователи прекратили испытания из-за ограничений по времени. Для сравнения, традиционная нержавеющая сталь демонстрирует сокращение срока службы при усталости по мере увеличения температуры от комнатной до этих высоких значений.

Материал превосходит обычную сталь в экстремальных условиях

«Зная, что в условиях усталости сжатие-сжатие срок службы при усталостных испытаниях сплошной нержавеющей стали значительно сокращается с повышением температуры от комнатной до 400°C и 600°C, эти результаты были замечательными», — сказал профессор Афсанех Раби, автор исследования и изобретатель композитной металлической пены. Исследовательская группа обнаружила, что срок службы композитной металлической пены из стали не снижается при высоких температурах, причем материал демонстрирует «превосходные показатели в экстремальных условиях циклической нагрузки при высокой температуре».

Высокая производительность обусловлена явлением, называемым динамическим упрочнением при деформации, при котором материал фактически становится прочнее при определенных температурных и нагрузочных условиях. При 400°C пена показала наибольший срок службы при усталости, оставаясь стабильной более 1,3 миллиона циклов при 60 % от ее предельной прочности.

Применения охватывают критически важные отрасли безопасности

Полученные результаты открывают возможности использования композитной металлической пены в сферах, где отказ оборудования может повлиять на здоровье и безопасность населения, включая компоненты реактивных двигателей, лопатки турбин, конструкции гиперзвуковых летательных аппаратов, оболочки топливных элементов ядерных реакторов и системы автомобильных тормозов. Материал сочетает в себе прочность стали с весом алюминия, обеспечивая при этом превосходные теплоизоляционные свойства.

Композитная металлическая пена состоит из полых металлических сфер, встроенных в металлическую матрицу, создавая воздушные карманы, которые делают материал легким и эффективным в блокировании передачи тепла. «Наличие воздушных карманов внутри КМП делает ее настолько эффективной в блокировании тепла, главным образом потому, что тепло распространяется медленнее через воздух, чем через металл», — объяснила Рабии.

Исследование было поддержано Управлением по трубопроводам и опасным материалам Министерства транспорта США с целью повышения безопасности и эффективности перевозки опасных грузов. Рабии отметила, что команда «открыта для сотрудничества с промышленными партнерами, которые хотели бы изучить потенциальные области применения КМП».