Дослідники з Університету Північної Кароліни створили інноваційний, одночасно легкий та міцний матеріал - металеву піну (CMF), здатну витримувати багаторазові великі навантаження та високі температури.

Численні випробування підтвердили, що піна зберігає цілісність навіть після мільйонів циклів навантаження за температури 600°C. Матеріал можна використовувати в автомобільних двигунах, деталях реактивних літаків та для оболонок паливних елементів ядерних реакторів.

CMF створюють шляхом інтеграції порожніх сфер з нержавіючої сталі та нікелю у тверду металеву матрицю. Завдяки цьому матеріал виходить надзвичайно міцним під час поглинання ударних навантажень та демонструє чудову термостійкість, порівняно зі звичайною сталлю або іншими традиційними металами.

У новому дослідженні науковці випробовували CMF в екстремальних умовах. Зразки піддавались багаторазовому стисненню за температур від 23 до 600°C. Металева піна продемонструвала виключну стійкість на втому за температури 400°C.

За результатами випробувань CMF витримала понад 1,3 млн повторних циклів навантаження від 6 до 60 МПа. Навіть за екстремальних температур близько 600°C матеріал витримував від 4,6 до 46 МПа протягом 1,2 млн циклів без жодних ознак деградації. В обох випадках дослідники зупинили випробування через обмеження часу, а це означає, що справжня межа втоми CMF ще вища.

"Враховуючи, що в умовах втоми під час стискання втомна довговічність на втому твердої нержавіючої сталі значно знижується під підвищення температури від кімнатної до 400°C і 600°C, ці результати виявилися видатними. Наші результати показують, що втома CMF-матеріалу не збільшується, і він демонструє виняткові характеристики в екстремальних умовах високотемпературних циклічних навантажень", - підкреслив автор-кореспондент та професор машинобудування та аерокосмічної техніки Афсанех Рабії.

В цілому експлуатаційні характеристики металевої піни перевищують характеристики цільної нержавіючої сталі за високих температур. Початковим стимулом цього дослідження стала розробка матеріалу для підвищення безпеки та ефективності перевезення небезпечних вантажів.

Поєднання легкості, міцності та термостійкості робить CMF досить перспективним матеріалом для різних застосувань: від крил літаків та броні транспортних засобів до безпечного зберігання та транспортування ядерних та інших термочутливих матеріалів. Дослідники планують співпрацювати з промисловістю для вивчення та розробки численних потенційних варіантів застосування CMF.

Результати дослідження опубліковані у журналі Journal of Materials Science.