Metal Artık Daha Sert

ABD’li bilim insanları, dünyanın şimdiye kadar tespit edilen en dayanıklı, veya sert, malzemesini keşfetti. Krom, kobalt ve nikel alaşımı (Cr-Co-Ni) bu yeni metal yalnıza çok sert değil, aynı zamanda oldukça “şekil verilebilir” yani kolay işlenebilir, ki genelde bu iki özelliği aynı malzemede bulmak zor. Üstelik soğudukça bu özellikleri güçleniyor.

CrCoNi, yüksek entropi alaşımı (High Entropy Alloy – HEA) adı verilen bir metal grubuna ait. Metal alaşımlarda genelde bir element yüksek miktarda bulunur ve bu elemente diğer elementler eklenir (Örneğin çelik, %2 karbon ve %1 oranında manganez, silikon, fosfor, kükürt ve oksijen içeren bir demir alaşımıdır). Yüksek entropi alaşımlarda ise metali oluşturan her bir element eşit oranda bulunuyor. HEA’lar yaklaşık 20 yıldır biliniyor, fakat teknoloji ilerledikçe bu malzemenin üretiminde yeni kapılar açılıyor. CrCoNi de bunlardan biri ve ne kadar güçlü olduğunu açıklamak için bazı diğer malzemelerle karşılaştırılabilir. CrCoNi’nin, 20 Kelvin (-253 ^oC) sıcaklıkta eğilme mukavameti 500 Mpa (megapascal). Aynı ölçü biriminde bakarsak, silikonun değeri 1, yolcu uçaklarının gövdesinde kullanılan alüminyum panellerin değeri 35, en kaliteli bazı çelik alaşımlarınki ise en fazla 100.

Peki bu nasıl oluyor?

Metalleri oluşturan atomlar, kristal örgü adı verilen üç boyutlu örüntülere sahip. Örgüyü oluşturan birbirine eş bileşenlere ise birim hücre deniyor. Bazı metallerin üretimi sırasında bu birim hücrelerin birleşim yerlerinde kusurlar oluşuyor. Bunlara “dislokasyon” (çizgisel kusur) deniyor ve metale güç uygulandığında bu birleşim yerleri kayarak metalin şekil değiştirmesini sağlıyor (Bir kaşığı büktüğünüzü düşünün). Metalin yapısında ne kadar fazla çizgisel kusur varsa, metal o kadar “yumuşak” yani şekil verilebilir oluyor.

Metali oluşturan kristal yapıda düzensizlikler varsa bu, çizgisel kusurların hareket etmesini engelliyor ve bu da malzemeyi güçlendiriyor (bükülmesini zorlaştırıyor). Fakat bu durumda malzeme sertleşiyor ve esnekliğini kaybettiği için güç uygulandığında kırılma olasılığı artıyor.

Bilim insanları CrCoNi’nin sağlamlığını atomik düzeyde test etmek için malzemeyi önce çatlatıyor ve sonra çatlağın büyümesi için gereken gücü ölçüyor. Daha sonra, numunelerin kristal yapısını inceliyor.

CrCoNi örneğinde, üç çizgisel kusur bloğundan oluşan özel bir sekans tespit edilmiş. Şöyle ki, malzemeye güç uygulandığında önce kristal örgünün birbirine paralel kısımları ayrılıyor. Güç uygulamaya devam edince, çizgisel kusurun iki yanında simetrik bir örgü oluşuyor (nanotwinning). Devam edince, birim hücreler önce kübik, sonra altıgen bir kristal örgüye dönüşüyor. Bilim insanları, bu fiziksel tepkimelerin yeni olmadığını, fakat bu sırayla gerçekleştiği zaman “sihirli” biçimde çok güçlü bir malzemenin ortaya çıktığını belirtiyor.

CrCoNi alaşımının özelliklerini ve bu özellikleri ona kazandıran yapısını deşifre eden bilim insanları, bunu özel uygulamalarda kullanmaya bir adım yaklaştığını söylüyor. Fakat tabii ki, bu alaşımların günlük hayata girmesine daha çok zaman var. Henüz birkaç ay önce keşfedilmiş bir malzemenin yüzlerce insan taşıyan yolcu uçaklarında kullanılması bu aşamada mümkün değil. Fakat bu kadar özel bir malzemenin yakında çeşitli denemelerde kullanılacağı da kesin. Bunlardan biri, sıcaklıkların çok düşük olduğu uzay yolculukları bile olabilir. Belki böylece gezegenler arası seyahatlere de bir adım yaklaşmış olabiliriz.