Сверхтвёрдое вещество, более гладкое, чем тефлон смогло бы защитить механические детали от изнашивания, и увеличить энергоэффективность, снизив трение.

  Кусок стали (слева) покрыт тонким слоем сверх-скользкого материала всего 2-3 микрометра толщиной – такое покрытие обеспечивает подобие вечной смазки, снижающей трение и сберегающей энергию. (Фото: US DoE Ames Lab)

“Керамический сплав” создан посредством соединения металлического сплава бора, алюминия и магния (AlMgB14) с боридом титана (TiB2). Это самое твёрдое вещество после алмаза и кубического нитрида бора.

BAM, так был назван материал, был открыт в Лаборатории им.Эймса Департамента энергетики США в Айове, в 199 попытке создать вещество, способное производить электричество при нагревании.

Вечная смазка

BAM не обладает такими свойствами, однако в нём есть другие желанные характеристики. По словам Алана Расселла, учёного из университета штата Айова, его прочность была открыта случайно. И это случайное открытие вылилось в $3-миллионную программу в Лаборатории Эймса по разработке вечного смазочного вещества на основе BAM, слоя которым можно будет покрывать детали для увеличения энергоэффективности и срока службы. 

Коэффициент трения BAM .02 по сравнению с .05 у тефлона. Смазанная сталь имеет коэффициент трения 0.16.

Один из способов применения такой скользкости – покрывать лопасти ротора в помпах, которые ежедневно используются везде от нагревательных систем до самолётов, утверждает Расселл. Гладкий слой BAM толщиной всего 2 микрона способен снизить трение между лопастями и их корпусом, в результате чего будет затрачиваться меньше энергии.

Загадочное вещество

Брюс Кук, руководитель проекта, оценивает, что простое покрытие роторов этим веществом сможет сэкономить только американской промышленности 330 триллионов килоджоулей (9 миллиардов киловатт-час) каждый год к 2030 – почти $179 миллионов в год.

Кроме того, BAM потенциально применим в качестве твёрдого покрытия для бурильных наконечников и других режущих инструментов. Обычно для этих целей используется алмаз, и он твёрже, но он химически взаимодействует со сталью и относительно быстро изнашивается, когда используется для резки металлов.

Напротив, BAM гораздо дешевле и не разрушается при взаимодействии со сталью.

Точная причина таких характеристик нового материала всё ещё не ясна, как утверждает Расселл. Большинство сверхтвёрдых материалов, таких как алмаз, имеют простую, правильную и симметричную кристаллическую структуру. Но структура BAM сложная и несимметричная, а решётка содержит пробелы, которые не должны присутствовать в твёрдых материалах.

Его гладкость так же не до конца понятна. Хотя по словам Расселла лучшая теория заключается в следующем: бор при взаимодействии с кислородом образует небольшие количества оксида бора на поверхности. Они притягивают молекулы воды из воздуха, образуя скользкий слой.

“Это похоже на самосмазывающуюся поверхность. Вам не нужно добавлять масло или другие смазочные вещества. Он сам по своей природе скользкий”, - объяснил Расселл.