Uute sulamite valmistamisel on metallurgid tuginenud sajandite jooksul katse-eksitus meetodile. See võib aga muutuda.
Grupp MIT teadlasi koostasid matemaatilise mudeli, mis võimaldab neil ennustada stabiilseid sulameid, jättes vahele tülika katsetusprotsessi laboris, kirjutab Yahoo! news.
Enamik metalle koosneb nanomeetri suurusega pisikestest kristallidest. See annabki metallidele nende muutlikud omadused – näiteks tugevus või sepistatavus. Mitmete kõrgtehnoloogiliste metallide puhul võib paljude nanokristallidega sulami valmistamine suurendada selle tugevust. Need struktuurid pole aga stabiilsed: temperatuuri tõusmisel või metalli pingestamisel kristallid liituvad ning muutuvad suuremaks (põhimõtteliselt sulavad), mille järel need eriliseks muutnud omadused kaovad.
Tongjai Chookajorn, Heather Murdoch ja Christopher A. Schuh leidsid matemaatilise mudeli abil viisi koostamaks kaardi kindla elemendi stabiilsusega antud temperatuuril. Selle abil näevad metallurgid, milliseid teisi elemente saab põhimetallile (maatriksile) lisada, et valmistada stabiilne struktuur, mis püsiks ka kõrgete temperatuuride korral.
Töörühm katsetas volframit, mis on üks tugevamaid metalle ning millel on kõrgeim sulamistemperatuur. Kõrge sulamistemperatuur tähendab Schuhi sõnul seda, et metall peab töötlemiseks olema kuum, mistõttu on nanokristalliliste struktuuride stabiilsena hoidmine palju keerulisem. Murdochi välja töötatud matemaatiline mudel pakkus välja paar kandidaati, mis kindlustaksid struktuuride stabiilsuse: titaan, tsink, kroom ja kuld. Lisaks näitas see, et vask, kaadmium ja strontsium ei sobiks.
Pärast titaani valimist (mis on samuti tugev ning millel on kõrge sulamispunkt) pidi Chookajorn sulami ka päriselt valmistama. Sulam käitus täpselt mudeli ennustuste kohaselt: 1100 °C juures püsisid nanokristallid stabiilsena terve nädala.
Lisaks näitab uus mudel kaudselt seda, kuidas lisandmaterjal põhimetalliga seguneb. Tugevuse maksimeerimiseks peab lisandmetall – antud juhul titaan – kogunema nanokristalliliste struktuuride lähedusse. Sellisel juhul püsivad nanokristallid suurema tõenäosusega stabiilsetena. Chookajorn sõnas, et nad töötavad hetkel ka uue mudeli kallal, mis võimaldab uurida sulamite tegelikku struktuuri.
Töörühm kasutas antud meetodit ka teiste metallide puhul, kuid tegelikke sulameid pole veel teha jõutud. ,,Me eeldame, et pärast eksperimentide sooritamist viib see mudel uute nanostruktureeritud sulamiteni, mis on väga stabiilsed ning mida varem pole valmistatud,“ kirjutas Schuh e-kirjas.