Электроны и пластичность металлов

Оказывается, электроны и пластичность металлов тесно связаны. Если пропустить через металл электрический ток, то можно изменять его прочность и пластичность. Кроме этого, перевод сплава в сверхпроводящее состояние вызывал тоже изменение его механических свойств. А сверхпроводимость теснейшим образом связана с движением свободных электронов.

Оказывается, электроны и пластичность металлов тесно связаны

Это физическое явление называется электронно-пластическим эффектом – ЭПЭ. Сейчас ученым известно, что металлы деформируются за счет рождения и перемещения так называемых дислокаций – своеобразных подвижных дефектов. Это своего рода складки в кристаллической решетке. Если в металле образовывается электронный ветер, он ускоряет движущиеся дислокации, в результате металл становится более податливым.

Оказывается, основная причина замечательных свойств металла заключается в том, что каждый атом отдает часть своих электронов в общее пользование. В результате возникает газ свободных электронов, который заполняет всю кристаллическую решетку и даже несколько выступает над ее поверхностью. Этот газ может перемещаться по металлу в любых направлениях, для этого достаточно приложить к нему электрический потенциал. Он не остается пассивным и в том случае, когда металл нагревают или охлаждают, а также, если его деформируют – превращают в проволоку, ленту или лист. Во всех случаях газ свободных электронов выступает в качестве своего рода смягчающей среды и не позволяет металлу оплавиться или растрескаться.

Особенно интересна способность электронов придавать металлу пластичность. Почему электронный газ, вызывает увеличение пластичности металла? Ведь пластичность – это грубое, чисто механическое свойство металла. Секрет, оказывается, заключается в существовании тесной органической связи между электронным газом и атомами, находящимися в узлах кристаллической решетки. Покинув отдельные атомы и объединившись в коллектив, электроны продолжают сновать между атомами, не позволяя им отойти друг от друга на большие расстояния при деформации или нагреве металла. Электроны моментально появляются в тех областях решетки, где в ходе пластической деформации образовалась растянутая зона, и, наоборот, покидают ту область, где возникло сильное сжатие. Иными словами, электронный газ быстро реагирует на любую критическую ситуацию в металле, предохраняя его от перегрузок и перегревов.

ЭПЭ имеет также большое практическое значение, поскольку позволяет материаловедам и практикам по-новому охарактеризовать пластичность металлов и сплавов. Появилась возможность обрабатывать давлением такие металлы и сплавы, которые не допускают большого нагрева в процессе механической обработки. Например, сплавы на основе вольфрама.

Инструменты