سبائك معدنية تجريبية تقاوم التكسر عند 253 درجة مئوية تحت الصفر

لندن وواشنطن-سانا

توصل فريق دولي من الباحثين إلى آلية مجهرية تمكّن سبائك معدنية تجريبية من مقاومة التشقق والتكسر في درجات حرارة شديدة الانخفاض، تصل إلى 253 درجة مئوية تحت الصفر، ما قد يسهم في تطوير مواد أكثر متانة للاستخدام في الصناعات الفضائية والطاقة والنقل.

وذكرت منصة «ScienceDaily» العلمية أمس السبت، أن الدراسة التي قادها باحثون من جامعتي أكسفورد البريطانية وكاليفورنيا في بيركلي الأمريكية، بالتعاون مع مختبر لورانس بيركلي الوطني، نُشرت في مجلة «Nature» العلمية، وتناولت الخصائص الميكانيكية لنوعين من السبائك القائمة على عنصري النيوبيوم والتيتانيوم.

وأظهرت التجارب أن السبائك حافظت على قدرتها على مقاومة انتشار الشقوق عند درجة حرارة تبلغ 20 كلفن، أي نحو 253 درجة مئوية تحت الصفر، من دون تسجيل تحول ملحوظ نحو السلوك الهش عند أدنى درجات الحرارة التي اختُبرت.

وعادة ما تزداد صلابة المعادن مع انخفاض درجات الحرارة، لكن ذلك قد يجعلها أكثر عرضة للتكسر، نتيجة تراجع قدرتها على امتصاص الإجهادات والتشوه حول الشقوق، ما يسمح بانتشارها داخل المعدن.

وأوضح الباحثون أن السبائك المدروسة تتبع آلية مختلفة، إذ تتشكل داخل بنيتها البلورية تراكيب مجهرية تُعرف باسم «التوائم البلورية»، وهي مناطق تتخذ فيها أجزاء من البلورة اتجاهات متقابلة، بالتزامن مع حدوث تغيرات موضعية في بنيتها.

وتساعد هذه التراكيب، عند وصولها إلى الحدود الفاصلة بين الحبيبات البلورية، على توليد عيوب بلورية جديدة تُعرف باسم «الانخلاعات»، ما يتيح للمعدن مواصلة التشوه وامتصاص الإجهادات بدلاً من الاستجابة لها بالتشقق والانكسار.

وأشار الباحثون إلى أن النتائج قد تساعد في تصميم سبائك قادرة على العمل في البيئات شديدة البرودة، بما فيها أنظمة التبريد العميق والطاقة ووسائل النقل والتطبيقات الفضائية، ولا سيما المكونات التي تتعرض لتغيرات حرارية حادة.

وتسهم هذه النتائج في تعميق فهم سلوك المواد المعدنية في الظروف الحرارية القاسية، وتفتح المجال أمام تطوير سبائك أكثر متانة وقدرة على تحمل درجات الحرارة شديدة الانخفاض، بما يدعم استخدامها في عدد من التطبيقات الصناعية والعلمية.