Nghiên cứu của Mỹ thách thức niềm tin lâu đời rằng nhiệt luôn làm mềm kim loại

Một nghiên cứu gần đây của các kỹ sư tại Đại học Northwestern đã thách thức nguyên lý kim loại học lâu đời cho rằng việc nung nóng kim loại luôn làm cho nó mềm đi. Được công bố trên tạp chí Physical Review Letters, nghiên cứu cho thấy dưới điều kiện biến dạng cực nhanh và cực đoan — xảy ra trong phần nhỏ của một micro giây — các kim loại tinh khiết như niken và vàng thực sự cứng lại thay vì mềm đi khi được nung nóng đến khoảng 155°C. Hành vi ngược đời này xuất phát từ việc các dao động nguyên tử mạnh mẽ ở nhiệt độ cao tạo ra một rào cản vi mô chống lại biến dạng nhanh, từ đó tăng cường bề mặt kim loại để chống chịu va đập tốc độ cao. Nghiên cứu đã sử dụng một thiết bị vi-ballistc chuyên dụng để mô phỏng các va chạm dữ dội bằng cách bắn các hạt vi mô vào bề mặt kim loại với vận tốc hàng trăm mét mỗi giây, kéo giãn kim loại đến mức cực đại trong một phần nhỏ của giây. Đáng chú ý, hiệu ứng cứng hóa này chỉ xảy ra ở các kim loại tinh khiết; ngay cả việc thêm một lượng nhỏ (0,3%) các nguyên tố hợp kim cũng làm mất hiện tượng này, vì tạp chất làm gián đoạn các dao động nguyên tử và khôi phục lại hành vi mềm đi thông thường. Phát hiện này mở ra những hướng đi mới trong thiết kế vật liệu tối ưu cho các điều kiện cực đoan.