地球最強の強靭な合金「CrCoNi」
 現時点で「地球でもっとも強靭」な素材が開発された。科学者が驚愕する最強の材料が、クロム、コバルト、ニッケルの合金「CrCoNi」だ。

 変形しにくく、それでいて耐えられる力の限界を超えても、壊れることなく柔軟に変形する。この「強度」と「延性」の2つを合わせた性能のことを「靭性(じんせい)」という。

 靱性は、材料の粘り強さと言ってもいいが、CrCoNiはそのチャンピオンだ。特に低温下で真価を発揮し、宇宙のような極限環境での応用が期待されている。

強度と延性を兼ねそろえた強靭な合金

 CrCoNiは、5種類以上の元素で構成され、しかもそれがほぼ同じ割合である合金「高エントロピー合金(HEA)」の1つだ。

 じつはCrCoNiは低温になるほど強靭になるという特徴があり、その真価は絶対零度に近い超低温で発揮される。

 研究の共同リーダーであるオークリッジ国立研究所のイーソ・ジョージ氏は、「構造材料の設計においては、強度を高めると同時に、延性(材料の延ばしやすさ)を高め破壊に対して強くさせたい」とプレスリリースで説明する。

 しかし一般的には、それらを両立するのは難しく、どこかで妥協することになる。ところがCrCoNiは、その両方を兼ね備えており、外力に抗して破壊されにくい性質「靭性」も高い。

 しかも低温でもろくなるどころか、いっそう強靭になるのだ。
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20ケルビン(-253.15℃)での応力試験中のCrCoNi合金の破断の経路とそれに伴う結晶構造の変形をナノメートルのスケールで示す顕微鏡画像。亀裂は左から右へ伝播している / image credit:Robert Ritchie/Berkeley Lab

低温で最強の威力を発揮する合金「CrCoNi」

 研究チームがCrCoNiとまた別の合金(CrMnFeCoNi)の開発に着手したのは、10年近く前のことだ。

 これらの性能を液体窒素温度(-196度)で試すと、かなり優れた材料であることがわかった。だが、もっと過酷な条件でその性能を試すには、さらに何年も研究を続ける必要があった。

 その甲斐あって、CrCoNiの性能は別格だったという。

 たとえば、CrCoNiは液体ヘリウム温度(20ケルビン/-253度)付近では、500メガパスカル ルートメートルという靱性を発揮する。

 参考までに言うと、シリコンの靭性は1(単位は同じ)、旅客機に使われるアルミなら約35、最高級の鋼ですら100程度だ。500という数値がどれほどのものかわかるだろう。
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走査型電子顕微鏡による画像。(A) CrMnFeCoNi と (B) CrCoNi 合金の結晶構造と結晶格子の向きを示している。(C)は293ケルビン、(D)は20ケルビンでのCrCoNiの破断の例 / image credit:Robert Ritchie/Berkeley Lab

宇宙の極限環境でにも耐えうる素材

 CrCoNiが変形すると、「魔法の連鎖」と呼ばれる相互作用が起きる。これによって、まず延性が生まれ、次に強度を生まれる。

 最初の段階では、粒でできた非常にシンプルな構造だが、変形するとこれが複雑になって、破壊に抵抗するのだそう。

 その破格の性能はさまざまな用途に有効だが、開発コストがかかるために、現時点では宇宙のような極限環境での使用が有望視されるとのことだ。

 この研究は『Science』(2022年12月1日付)に掲載された。

References:Say Hello to the Toughest Material on Earth - Berkeley Lab – News Center / written by hiroching / edited by / parumo

追記:(2022/12/28)本文を一部訂正して再送します。
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コメント

1

1. 匿名処理班

  • 2022年12月28日 20:03
  • ID:IDvz0zSr0 #

以下ガンダリウム及びルナチタニウム禁止

2

2. 匿名処理班

  • 2022年12月28日 20:43
  • ID:69UMpiRN0 #

カッチン鋼とか最強金属ってちょっとしたロマンだよね
これでアイアンマンになったら凄そう

3

3. 匿名処理班

  • 2022年12月28日 21:02
  • ID:cy5EH7.P0 #

レアメタルの塊だからクソ高いんだな。
レアメタルはレアなだけの価値があるという事か。

4

4.

  • 2022年12月28日 21:09
  • ID:ewoIc8LW0 #
5

5. 匿名処理班

  • 2022年12月28日 21:23
  • ID:zD06c5GC0 #

ステンドグラスかと思ったら超強い合金

6

6. 匿名処理班

  • 2022年12月28日 21:35
  • ID:X8.N017Q0 #

まあ俺のほうが強いけどね

7

7. 匿名処理班

  • 2022年12月28日 21:47
  • ID:Qe883tjt0 #

>>宇宙のような極限環境での応用が期待されている。

これは表向きの理由で、実際には主力戦車の装甲に期待されてると思うよ。
量産化がなれば、戦車以外の装甲車や歩兵戦闘車の装甲にも使われると思うな。

希少で高い?軍事用には予算はほぼ青天井ですよ。

8

8. 匿名処理班

  • 2022年12月28日 22:12
  • ID:jpuX6tHn0 #

加工できるんかな?
それができないと意味がない。。

9

9. 匿名処理班

  • 2022年12月28日 22:20
  • ID:oaMPSKbJ0 #

カッチカチだな
男子の憧れw

10

10. 匿名処理班

  • 2022年12月28日 22:30
  • ID:.jvUUZai0 #

歯科用金属で時々見かけるやつとはまた違うのだろうか・・・?

11

11. 匿名処理班

  • 2022年12月28日 22:42
  • ID:2o0bY.FI0 #

平方根メートルってなんだよw

12

12. 匿名処理班

  • 2022年12月28日 23:39
  • ID:kcM.4SGS0 #

これ飛行機作ったら墜落しても生きてられる?

13

13. 匿名処理班

  • 2022年12月29日 00:03
  • ID:m.wjp.wQ0 #

まさかエターナルフォースブリザードに耐える物質が存在するとは

14

14. 匿名処理班

  • 2022年12月29日 00:07
  • ID:mQfR.pPt0 #

>>9
女子も憧れだろ
なんで男子だけなんだ
女子はフニャフニャが憧れなのか

15

15. 匿名処理班

  • 2022年12月29日 00:26
  • ID:91aRzBko0 #

いくらくらいなんだろう
そこまで書いてほしかった

16

16. 匿名処理班

  • 2022年12月29日 00:48
  • ID:9wEr4Z3o0 #

※14
女子はモフモフとかぷにぷにの方向じゃね
超合金なんとかで痺れるのは大概男子やな

17

17. 匿名処理班

  • 2022年12月29日 00:49
  • ID:BXtI.IB.0 #

カーボンナノチューブと比べるとどちらの方が頑丈なんだろうか

18

18. 匿名処理班

  • 2022年12月29日 02:29
  • ID:.AEFlOXk0 #

ヤワラカクナイ

19

19. 匿名処理班

  • 2022年12月29日 03:00
  • ID:mQfR.pPt0 #

>>16
いや、そっちの話じゃなくてだな

20

20. 匿名処理班

  • 2022年12月29日 06:05
  • ID:iIwgiToB0 #

※1
じゃ、ガンダニュウム合金はセーフだな!

21

21. 匿名処理班

  • 2022年12月29日 06:30
  • ID:59nIAGDk0 #

宇宙での用途に良いんだろうけど
材料的に重そう

22

22. 匿名処理班

  • 2022年12月29日 06:35
  • ID:sgLB4NUa0 #

宇宙で使うなら質量が重要
でもこれは凄いかも
タングステンとか硬いといわれるけど
腕時計のケースが欠けたもんね、多分衝撃に弱いんだよ

ジッポとか腕時計に欲しい

23

23. 匿名処理班

  • 2022年12月29日 07:23
  • ID:NifCRcP.0 #

冷たくされるほど固くなる……特殊性癖を思い浮かべた

24

24. 匿名処理班

  • 2022年12月29日 08:17
  • ID:hH74NZB00 #

※11
破壊靱性(応力拡大係数Kで表した場合)の単位 [Pa√m]

25

25. 匿名処理班

  • 2022年12月29日 08:33
  • ID:EGXZrqio0 #

>>7
この性質じゃ全く役に立たない、真逆の高温高圧に耐えられないと

後、軍事予算はどの国も苦労しとる

26

26. 匿名処理班

  • 2022年12月29日 09:33
  • ID:4YGHi.GK0 #

靭性って不思議なものですね〜♪

27

27. 匿名処理班

  • 2022年12月29日 12:37
  • ID:wEuXdqqS0 #

宇宙で使うなら強さもだけど軽さも必要じゃない?

28

28. 匿名処理班

  • 2022年12月29日 12:44
  • ID:nxty7VM00 #

クロム、コバルト、ニッケル?

29

29. 匿名処理班

  • 2022年12月29日 13:55
  • ID:Jpq9Nyeg0 #

靭性が高いと切削加工がめっちゃ面倒なんだよね
工作機械の刃物にこびりついて直ぐ切れ味が悪くなり加工精度も狂う

30

30. 匿名処理班

  • 2022年12月29日 14:52
  • ID:q5qONQC80 #

リキッドメタル合金よりも低コストなら、今後需要も増してくるかもしれないね
ちなみに、リキッドメタル合金は液体金属のことではないよ

31

31. 匿名処理班

  • 2022年12月29日 15:54
  • ID:CtcRG3gQ0 #

完全★合体★合金息子スティック下さい。

32

32.

  • 2022年12月29日 18:35
  • ID:mQfR.pPt0 #
33

33. 匿名処理班

  • 2022年12月29日 18:48
  • ID:9wEr4Z3o0 #

※19
マジレスすると硬さやサイズに拘るのも男
ご立派だとそこだけ自慢気で下手くそってのがよくある話
男向けはハードで、女向けはソフトに包み込むビデオになる

34

34.

  • 2022年12月29日 22:27
  • ID:FjKwSQWu0 #
35

35.

  • 2022年12月30日 02:28
  • ID:q2hhD5z00 #
36

36. 匿名処理班

  • 2022年12月30日 17:11
  • ID:BOAzS1h00 #

右上にインコおる

37

37. 匿名処理班

  • 2023年01月02日 22:37
  • ID:3VKvQNcN0 #

>>14

カチカチとか太いとかデカいのが女子が好きとか、いかにも男の発想だよね

38

38. 匿名処理班

  • 2023年01月03日 12:48
  • ID:sBIhRlkG0 #

くろこに?

39

39. 匿名処理班

  • 2023年01月05日 18:45
  • ID:VfIpWqQa0 #

>>11
MPa√m なんで、ヤング率と関連させればエネルギーの次元になるよ

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