EraAIdailyNews, 22 September 2026 — Para insinyur mengubah senyawa kobalt-aluminium yang dikenal rapuh menjadi material yang sangat kuat sekaligus mampu melentur tanpa patah. Rancangan pada skala nano itu menghasilkan kekuatan luluh sekitar enam hingga sepuluh kali lebih besar daripada baja struktural berkekuatan tinggi, sambil tetap mengalami deformasi cukup besar pada suhu ruang. Pendekatan tersebut membuka jalan bagi bilah turbin yang lebih tangguh dan mesin berperforma lebih tinggi.
Material yang menjadi sasaran riset ini termasuk kelompok yang disebut intermetalik, yaitu material padat dari dua unsur logam atau lebih yang tersusun dalam struktur kristal sangat teratur. Susunan atomnya yang tidak biasa dapat memberi kekuatan luar biasa, titik lebur tinggi, dan ketahanan kuat terhadap rangkak, yakni deformasi lambat material di bawah panas dan tekanan berkepanjangan.
Namun banyak material ini memiliki kelemahan besar karena cenderung sangat rapuh. Dalam riset yang diterbitkan di jurnal Science Advances, insinyur di Purdue University menunjukkan cara baru menggabungkan kekuatan sangat tinggi dengan plastisitas cukup besar pada intermetalik kobalt aluminium atau CoAl. Plastisitas merujuk pada kemampuan material mengubah bentuk secara permanen tanpa retak atau patah. Untuk aplikasi industri, hal ini penting karena material yang tidak dapat berdeformasi sulit dibentuk menjadi komponen rumit dan dapat patah mendadak saat menerima tegangan.
Xinghang Zhang, profesor di School of Materials Engineering Purdue, tampil sebagai penulis korespondensi. Makalah ilmiah yang ia tangani berjudul Plasticity in brittle intermetallics, dengan subjudul enabled by framework of amorphous interfaces and preexisting dislocations. Rekan kolaborator dari Purdue antara lain Haiyan Wang, Profesor Teknik Basil S. Turner pada bidang teknik material merangkap Sekolah Elmore bidang teknik listrik dan komputer. Turut pula Ke Xu, peneliti pascadoktoral bidang teknik material yang tercatat sebagai penulis pertama.
Zhang menyatakan intermetalik kobalt aluminium curah merupakan senyawa berkekuatan tinggi. Menurutnya, material itu antara lain berpotensi dipakai pada material generasi berikutnya untuk bilah turbin mesin pesawat, yaitu mesin turbin gas yang menghasilkan daya dorong bagi propulsi pesawat. Paduan kobalt aluminium berkekuatan tinggi dan dapat berdeformasi plastis dapat memungkinkan mesin atau turbo berputar lebih cepat sambil menahan gaya sentrifugal lebih besar sehingga performanya meningkat.
Seperti banyak intermetalik lain, kobalt aluminium curah sangat rapuh pada suhu ruang, sehingga pengerjaannya sulit. Memberinya plastisitas lebih besar dapat mempermudah pembuatan komponen dan memungkinkan insinyur menciptakan struktur lebih canggih untuk mesin serta sistem berperforma tinggi lain. "Dalam studi ini kami menunjukkan bahwa CoAl dapat menunjukkan plastisitas yang signifikan pada suhu ruang," ujar Xu, yang menilai temuan itu menawarkan pendekatan alternatif baru untuk memperbaiki kemampuan deformasi plastis material tersebut.
Upaya sebelumnya untuk memperbaiki plastisitas kobalt aluminium berfokus pada mengubah komposisinya, menyesuaikan struktur mikronya, atau menggabungkannya dengan material lain. Pendekatan itu memberi hasil terbatas karena tidak menciptakan cukup banyak dislokasi berkerapatan tinggi di dalam intermetalik. Dislokasi adalah ketidakseragaman mikroskopis pada kristal tempat atom tidak lagi tersusun dalam pola teratur sempurna. Meski kata cacat terdengar seperti kelemahan, dislokasi justru membantu logam berdeformasi di bawah gaya ekstrem alih-alih hancur berantakan.
Untuk membuat CoAl menjadi plastis pada suhu ruang, material membutuhkan banyak dislokasi. Zhang menjelaskan bahwa timnya secara langsung memasukkan dislokasi ke dalam CoAl selama proses deposisi sputtering. Lebih dari itu, mereka merancang kerangka antarmuka amorf atau framework of amorphous interfaces, yaitu batas lentur di dalam material yang memberi kelenturan struktural, sebagian mengkristal selama deformasi, dan mendorong munculnya dislokasi baru di dalam intermetalik CoAl.
Kerangka antarmuka amorf itu terdiri atas batas internal lentur yang pada awalnya tidak memiliki struktur kristal teratur seperti material di sekelilingnya. Ketika CoAl berdeformasi, sebagian antarmuka tersebut mengkristal dan membantu menghasilkan dislokasi baru. Gabungan keduanya menghasilkan intermetalik CoAl yang luar biasa kuat. Pengujian menunjukkan material mencapai kekuatan luluh 6 GPa, sekitar enam hingga sepuluh kali lebih tinggi daripada baja struktural berkekuatan tinggi. Kekuatan luluh menggambarkan seberapa besar tegangan yang mampu ditahan material sebelum berubah bentuk secara permanen.
Meski sangat kuat, material CoAl itu juga menahan 15 persen regangan plastis di bawah pembebanan tekan pada suhu ruang. Xu menilai kombinasi kekuatan mekanis ultra-tinggi dan plastisitas luar biasa itu menjadikan sistem nanolaminat CoAl sebagai salah satu sistem intermetalik terbaik yang dilaporkan hingga kini.
Material tersebut dibuat memakai magnetron sputtering deposition, proses pelapisan permukaan dengan lapisan tipis. Metode fabrikasi nonekuilibrium ini memungkinkan peneliti menciptakan CoAl dengan antarmuka biner aluminium-kobalt amorf, sangat berbeda dari pengecoran logam tradisional yang dimulai dari bahan cair lalu didinginkan menjadi padat. Material tumbuh dari uap paduan, sehingga jauh lebih banyak dislokasi dapat dimasukkan ke dalam CoAl daripada yang biasanya dimungkinkan pengecoran konvensional.
Untuk mengukur performa mekanisnya, tim melakukan pengujian in situ di dalam mikroskop elektron pemindai sehingga material dapat diamati saat berdeformasi dengan presisi mikrometer. Profesor Yashashree Kulkarni dan mahasiswa doktoralnya, Anand Mathew, dari University of Houston juga berkontribusi. Simulasi dinamika molekuler mereka menunjukkan kerangka antarmuka amorf mengkristal selama deformasi dan mengungkap dislokasi yang bergerak dari antarmuka lapisan ke lapisan CoAl di sekitarnya, menjelaskan bagaimana material dapat berdeformasi tanpa cepat patah.
Eksperimen itu menunjukkan antarmuka lapisan yang dirancang khusus dapat memperbaiki deformasi plastis CoAl secara substansial. Langkah berikutnya, peneliti akan menerapkan konsep yang sama pada nanokomposit CoAl curah yang dapat diproduksi untuk aplikasi skala industri, sekaligus mengujinya pada intermetalik lain agar kerangka antarmuka amorf terbukti berlaku umum bagi kelas logam tersebut.
Temuan ini berpotensi berdampak pada sektor teknologi maju. Intermetalik yang lebih kuat dan lebih ulet dapat menopang pengembangan bilah turbin, mesin pesawat, sistem energi, teknologi pertahanan, serta material untuk penggunaan di luar angkasa. Pendanaan riset ini berasal dari program Metals and Metallic Nanostructures National Science Foundation.
Sumber: ScienceDaily, Juli 2026.
Tidak ada komentar
Posting Komentar