Det fleste kjenner metallene krom, kobolt og nikkel. Nå har forskere funnet ut at en legering som består av de tre metallene, danner jordens mest hardføre materiale: Cr-Co-Ni.
Ikke bare er legeringen imponerende sterk, den er også ualminnelig duktil, det vil si at den er veldig lett å forme.
Cr-Co-Ni tilhører det som innen kjemien kalles høyentropilegeringer. Dette er legeringer der mengden av grunnstoffer er nesten den samme.
Disse materialene er kjent for sin hardførhet, men det har vært vanskelig å teste dem under ekstreme forhold.
Det har forskere ved Berkeley-laboratoriet i California og Oak Ridge-laboratoriet i Tennessee nå klart, og de har funnet fram til Cr-Co-Ni. Resultatene er offentliggjort i tidsskriftet Science.
Jo kaldere, desto sterkere
Det som virkelig overrasket forskerne, var at legeringen ble mer hardfør jo kaldere det ble. De fleste materialer blir skjørere ved lave temperaturer.
De begynte å eksperimentere med Cr-Co-Ni og en annen legering som også hadde mangan og jern i seg, Cr-Mn-Fe-Co-Ni, og i løpet av det påfølgende tiåret undersøkte de de to legeringene grundig.
Etter noen innledende prøver ble de nye legeringene senket ned i flytende nitrogen ved omkring –196 °C, og da oppdaget forskerne at materialene utviste en ekstrem hardførhet.
Like etter stresstestet man materialet ved å utsette det for flytende helium som holdt –253 °C, og materialene utviste fortsatt imponerende styrke – særlig Cr-Co-Ni.
Elektronmikroskopibilder av brudd i Cr-Co-Ni ved –196 °C (t.v.) og –253 °C. På bildet kan vi se de to legeringenes krystallgitter som et 3D-mønster. De gjentatte komponentene i gitteret er kjent som enhetsceller. Jo større disse cellene er, desto med hardført er materialet. På bildet ser vi at Cr-Co-Ni er mest hardført ved –253 °C.
Ved disse ekstreme temperaturene tålte Cr-Co-Ni et trykk på 500 megapascal. Til sammenligning tåler aluminiumsrammen i et passasjerfly om lag 35 megapascal, og noen av de sterkeste metallene klarer 100.
Under avanserte elektronmikroskop oppdaget forskerne noe de kalte en «magisk sekvens» som først gjorde Cr-Co-Ni formbart og deretter ga det styrke.
Korn- og krystallgitterstrukturen til Cr-Mn-Fe-Co-Ni og Cr-Co-Ni. For et utrent øye kan det være vanskelig å få mening i de to bildene, men forskerne ser et mer komplisert mønster i Cr-Co-Ni-strukturen, noe som indikerer større motstandsdyktighet.
I begynnelsen var strukturen veldig enkel og kornete, men når den ble utsatt for belastning, ble den mer komplisert og motstandsdyktig.
Materialet skal nå gjennomgå en rekke ytterligere tester, så det går noen år før det er på markedet – ikke minst fordi det er dyrt å lage. Håpet er at materialet kan brukes i ekstreme miljøer, som utenfor atmosfæren.