Czym jest CrCoNi?

Stop chromu, kobaltu i niklu (CrCoNi) nie jest przypadkowo odkrytym materiałem. Prace mające na celu dokładne scharakteryzowanie tej mieszaniny rozpoczęły się ponad dekadę temu. CrCoNi zalicza się do stopów o tzw. wysokiej entropii (z ang. high-entropy alloys, HEA). Obecnie większość z nich zawiera dużą ilość jednego ze składników oraz mniejsze ilości pozostałych dodatków, ale HEA wykonane są w równych ilościach z każdego komponentu, czyli w tym przypadku chromu, kobaltu i niklu. Za niezwykłe właściwości najbardziej wytrzymałego materiału świata odpowiada jego struktura wewnętrzna. Z pozoru stop składający się jedynie z trzech składników nie wyróżnia się niczym szczególnym, jednak poddany działaniu sił zewnętrznych, w tym zmianom temperatury czy naciskom, pokazuje swoją prawdziwą wytrzymałość. Przeprowadzone badania wykazały, że jego niespotykana wytrzymałość jest skutkiem tzw. przeszkód dyslokacyjnych (defektów sieci krystalicznej), które ujawniają się w momencie działania na materiał z dużą siłą.

Stop CrCoNi cechuje się wyjątkową plastycznością, a to oznacza jego dużą ciągliwość i kowalność. Jednocześnie jest niespotykanie wytrzymały – przejawia wysoką odporność na trwałe odkształcenia. Większość metali czy stopów charakteryzuje się tym, że wraz ze wzrostem temperatury zwiększa się ich plastyczność. Co ciekawe, w przypadku CrCoNi pod wpływem rosnącej temperatury stop ten zachowuje się zupełnie niekonwencjonalnie – wraz z obniżaniem temperatury rośnie jego plastyczność, a tym samym – tolerancja na uszkodzenia. Oznacza to, że zastosowanie go w wyjątkowo niskotemperaturowych warunkach będzie bardzo korzystne. Właściwości te nie tylko decydują o jego niezwykłej wyjątkowości, ale także powodują, że trudno jest badać taki materiał, ze względu na specyficzne warunki, które należy stworzyć do tego celu.

Kierunki rozwoju i przyszłe zastosowania

Nowatorski stop chromu, kobaltu i niklu to otwarcie wielu możliwości dla przemysłu, szczególnie jeśli chodzi o branżę konstrukcyjną. Nowy materiał to rozwiązanie szeregu problemów, zwłaszcza tam, gdzie jest zapotrzebowanie na materiały o wysokiej wytrzymałości, a jednocześnie – odporne na pękanie. Na znaczeniu zyskuje fakt, że w miarę obniżania temperatury nie wykazuje on kruchości prowadzącej do zniszczeń, ale jego wytrzymałość jest jeszcze większa. Ta odporność na pękanie i uszkodzenia objawia się w szerokim zakresie temperatur, co jest niezwykle ważne, np. w branży budowlanej.

Popyt na stop CrCoNi do zastosowań przemysłowych z pewnością będzie znaczący. Inżynierowie mają nadzieję na jak najszybsze wykorzystanie go w branży konstrukcyjnej i budowlanej, lecz jednocześnie zwracają uwagę, że wysoki koszt produkcji obecnie ogranicza przeznaczenie komercyjne. Ponadto naukowcy ostrzegają, że chociaż postęp w dziedzinie badań tego surowca jest duży, zastosowanie nowych materiałów konstrukcyjnych wymaga dokładnego poznania ich właściwości, aby skutecznie mogły zastąpić obecne rozwiązania. Przypuszcza się, że stop chromu, kobaltu i niklu ma dużą szansę zostać wykorzystany m.in. w kosmosie, gdzie ekstremalne warunki środowiskowe (standardowe temperatury głębokiego kosmosu) mogłyby zniszczyć inne materiały. Stop CrCoNi to także dobry kandydat do zastosowań w przemyśle lotniczym i obronnym.