Mačevi izrađeni od legendarne legure poznate kao damaski čelik bili su poznati u srednjem vijeku ne samo po svojoj jedinstvenoj ljepoti - posjedujući valovite trake na svojim površinama koje podsjećaju na tekuću vodu - već i po svojoj nevjerojatnoj oštrini i čvrstoći. Inspirirani ovim drevnim metalom, istraživači su sada koristili lasere za stvaranje još jače legure, otkriva nova studija.

Iako je čelik nazvan po Damasku u Siriji, metal je zapravo proizveden u Indiji. Tajna kovanja ove legure na kraju je izgubljena, a metalurzi su generacijama raspravljali o tome kako je napravljena.

Uskovitlani uzorci tamnih i svijetlih pruga na drevnom damaskom čeliku rezultat su kombinacije tvrdih i mekih slojeva različitih nijansi uzrokovanih različitim razinama ugljika. Ovi izmjenični slojevi dali su čeliku izvrsnu čvrstoću - tvrdi slojevi otporni su oštećenju, dok su meki slojevi smanjili ukupnu lomljivost legure.

Sada su znanstvenici stvorili modernu leguru kao što je čelik iz Damaska - ne uzastopnim savijanjem i kovanjem različitih čelika, kao što to obično rade moderni kovači koji žele replicirati drevni metal, već pomoću lasera kako bi precizno kontrolirali svojstva svoje legure u mikroskopskoj skali.

Istraživači su stvarali svoj čelik u ciklusima uzastopnim raspršivanjem praha od željeza, nikla i titana na površinu, a zatim ga obasjavali infracrvenim laserom, svojevrsnom tehnikom 3D ispisa poznatom kao laserska aditivna proizvodnja. Nakon što je napravljen svaki četvrti sloj, rastaljena legura je dobila dvominutni predah u kojem se brzo ohladila prije nego što je premazana svježim slojem praha i osvijetljena laserom. Sav se taj rad odvijao u komori ispunjenoj argonom, koji kao plemeniti plin ne bi kemijski reagirao s metalima.

Hlađenje je potaknulo stvaranje zrna nikal-titana nanometarske veličine, ili milijarditih dijelova metra, širokih unutar čelika. Te su čestice očvrsnule čelik sprječavajući pomicanje bilo kakvih nedostataka unutar legure.

Ciklusi zagrijavanja i hlađenja proizveli su metal s naizmjeničnim tvrdim i mekim slojevima poput čelika iz Damaska. "Dok se drevni čelik iz Damaska sastojao od slojeva s različitim sadržajem ugljika, naš čelik ima isti sastav u oba sloja, što je velika prednost za aditivnu proizvodnju, jer ne treba mijenjati prah", rekao je glavni autor studije Philipp Kürnsteiner, znanstvenik materijala na Institutu Max Planck za istraživanje željeza u Düsseldorfu, Njemačka.

Sve u svemu, novi metal imao je vlačnu čvrstoću veću od 1300 megapaskala i dovoljnu duktilnost da se rastegne do dodatnih 10% svoje duljine prije loma. Za usporedbu, moderni pokušaji kovanja čelika iz Damaska korištenjem drevnih tehnika imali su vlačnu čvrstoću od samo 1100 megapaskala i mogli su se produljiti samo 9,5% prije loma.

Novi čelik iz Damaska imao je usporediva mehanička svojstva s modernim legurama ultra-visoke čvrstoće poznatim kao maragenski čelici, koji se obično koriste u kritičnim zrakoplovnim komponentama kao što su raketni motori. Ključna prednost ovog novog istraživanja je kako se njime može "programirati materijale da imaju različita svojstva u različitim dijelovima objekta", rekao je Iain Todd, metalurg sa Sveučilišta Sheffield u Engleskoj koji nije sudjelovao u ovom istraživanju.

Na primjer, "možete zamisliti dijelove koji su duktilni iznutra, a tvrdi i otporni na habanje izvana", rekao je Kürnsteiner. "Ovo bi moglo dovesti do oživljavanja čelika iz Damaska, tko zna."

Do sada su istraživači proizveli samo male blokove svog metala. "Postoji potreba da se to pokaže na složenijim oblicima od onih koji su predstavljeni u radu, i to u većem obimu", rekao je Todd. "Ali ovo je dobar početak."

Znanstvenici su svoje nalaze detaljno iznijeli na internetu u časopisu Nature.