Електрони та пластичність металів

Виявляється, електрони та пластичність металів тісно пов'язані. Якщо пропустити через метал електричний струм, то можна змінювати його міцність і пластичність. Крім цього, переведення сплаву в надпровідний стан викликало також зміну його механічних властивостей. А надпровідність тісно пов'язана з рухом вільних електронів.

Це фізичне явище називається електронно-пластичним ефектом – ЕПЕ. Наразі вченим відомо, що метали деформуються за рахунок народження та переміщення так званих дислокацій – своєрідних рухомих дефектів. Це свого роду складки в кристалічній решітці. Якщо в металі утворюється електронний вітер, він прискорює дислокації, що рухаються, в результаті метал стає більш податливим.

Виявляється, основна причина чудових властивостей металу у тому, кожен атом віддає частину своїх електронів у загальне користування. В результаті виникає газ вільних електронів, який заповнює всі кристалічні грати і навіть дещо виступає над її поверхнею. Цей газ може переміщатися по металу в будь-яких напрямках, для цього достатньо докласти до нього електричний потенціал. Він не залишається пасивним і в тому випадку, коли метал нагрівають або охолоджують, а також якщо його деформують - перетворюють на дріт, стрічку або лист. У всіх випадках газ вільних електронів виступає як свого роду пом'якшувальне середовище і не дозволяє металу оплавитися або розтріскатися.

Особливо цікава здатність електронів надавати металу пластичності. Чому електронний газ викликає збільшення пластичності металу? Адже пластичність – це груба, чисто механічна властивість металу. Секрет, виявляється, полягає у існуванні тісного органічного зв'язку між електронним газом та атомами, що знаходяться у вузлах кристалічної решітки. Залишивши окремі атоми та об'єднавшись у колектив, електрони продовжують снувати між атомами, не дозволяючи їм відійти один від одного на великі відстані при деформації чи нагріванні металу. Електрони моментально з'являються в тих областях ґратки, де в ході пластичної деформації утворилася розтягнута зона, і, навпаки, залишають ту область, де виник сильний стиск. Іншими словами, електронний газ швидко реагує на будь-яку критичну ситуацію в металі, оберігаючи його від перевантажень та перегрівів.

ЕПЕ має також велике практичне значення, оскільки дозволяє матеріалознавцям та практикам по-новому охарактеризувати пластичність металів та сплавів. З'явилася можливість обробляти тиском такі метали та сплави, які не допускають великого нагріву у процесі механічної обробки. Наприклад, сплави вольфраму.