في الواقع، تصبح بعض المعادن أكثر مرونة عندما تكون ساخنة

يمكن للمعادن الساخنة أن تجعلها أقوى في بعض الأحيان، على الرغم من الاعتقاد الشائع بأن ارتفاع درجات الحرارة يجعلها أكثر مرونة. يمكن لهذه الظاهرة المدهشة أن تؤدي إلى فهم أفضل للعمليات الصناعية المهمة وتصنع طائرات أكثر قوة.

يقول إيان داودينج من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “لقد كان الأمر غير متوقع إلى حد كبير أو عكس ما قد تراه تقليديًا”. بالتعاون مع كريستوفر شوه من جامعة نورث وسترن في إلينوي، اكتشف التأثير الغريب من خلال قصف المعادن بمقذوفات صغيرة.

استخدم الباحثون الليزر لإطلاق جزيئات أكسيد الألومنيوم المجهرية نحو عينات ساخنة من معادن النحاس والذهب والتيتانيوم بسرعات تصل إلى آلاف الكيلومترات في الساعة.

سجلت كاميرا عالية السرعة تأثير هذه المقذوفات الصغيرة وارتدادها عند اصطدامها بكل عينة معدنية، وهي عملية مضاءة بالليزر آخر. واستنادًا إلى مسارات الجسيمات وحجم الحفر التي تركتها على المعادن، قام داودينج وشوه بحساب قوة كل معدن وحددا كيفية تغيره عند ارتفاع درجات الحرارة.

وازدادت قوة النحاس بنسبة 30% تقريبًا بعد أن رفع الفريق درجة حرارته بمقدار 157 درجة مئوية. والأمر الأكثر لفتًا للانتباه هو أنه عند درجة حرارة 177 درجة مئوية (350 درجة فهرنهايت)، أثبتت هذه المادة الناعمة عادةً أنها متينة مثل بعض أنواع الفولاذ.

يقول شوه إن الحرارة عادةً ما تؤدي إلى تليين المعادن لأنها تخفف بعض الروابط بين ذرات المعدن. لذلك عندما تضغط على المعدن، تنزلق بعض الذرات “بشكل غير مدروس” وتعيد الاتصال في مكان آخر داخله، مما يؤدي إلى تشويه المادة وجعلها مرنة.

وبعد التعمق في حسابات الباحثين الآخرين حول خصائص المعادن في ظل الظروف القاسية، يقول شوه إنه ودودينج تعلما أن الجسيمات الدقيقة تصطدم بالمعادن بسرعة كبيرة جدًا بحيث لا يمكن أن يحدث هذا الانزلاق غير المتقن. وفي درجات الحرارة المرتفعة، تمر المزيد من موجات الحرارة أو الصوت عبر المعدن، مما يزيد من صعوبة انتشار الروابط عبر المعدن.

وعلى الرغم من أنه تم التنبؤ بهذه النتيجة من قبل، إلا أن “هذا البحث يقدم الآن أدلة تجريبية لهذا المفهوم”، كما يقول مصطفى حساني من جامعة كورنيل في نيويورك.

في حين أن ظاهرة “السخونة هي الأقوى” حدثت في ظل ظروف معملية يتم التحكم فيها بعناية، إلا أن شوه يقول إنها قد تحدث دون أن يتم اكتشافها في مجموعة من العمليات الصناعية في العالم الحقيقي. على سبيل المثال، قد تؤدي عمليات القطع والتمليس، التي تتضمن تفجير المواد باستخدام جزيئات سريعة من الرمل أو نفاثات الماء، إلى تغيير قوة المواد عن غير قصد.

وقد يؤدي هذا التأثير أيضًا إلى تمكين طائرات الهليكوبتر والطائرات الأكثر ثباتًا. مواد البناء التي كانت تعتبر في السابق لينة جدًا لهذه التطبيقات يمكن أن تقوى في الواقع عندما تصطدم بجزيئات صغيرة في المناخات الحارة، مثل الرمال في الصحاري.

ومع ذلك، لا تزال بعض الفيزياء وراء هذه النتيجة غير واضحة. يعرف الباحثون أن رفع الحرارة سيؤدي في النهاية إلى تسخين المعدن إلى نقطة الانصهار، لكن التجارب المستقبلية يجب أن تحدد بدقة أعلى درجات حرارة ممكنة لحدوث تأثير التعزيز هذا، كما يقول شوه.