Thêm các khuyết điểm, hoặc khuyết tật, trong kim loại thực sự có thể làm cho chúng mạnh hơn bằng cách cản trở chuyển động của các trật khớp – khuyết tật cho phép các nguyên tử di chuyển và kim loại biến dạng. Những khuyết điểm này hoạt động như những rào cản cản trở chuyển động trật khớp, đây là cơ chế chính mà kim loại biến dạng dưới ứng suất. Bằng cách cản trở chuyển động này, kim loại chống biến dạng hiệu quả hơn, do đó tăng độ bền của nó.

Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng việc cố tình đưa các lỗ hổng hoặc khuyết tật có kiểm soát trong hợp kim có thể tăng cường cả độ bền và độ dẻo (tính linh hoạt), vượt qua sự đánh đổi thông thường giữa hai loại. Ví dụ, các cơ chế như độ dẻo do biến đổi (TRIP) và độ dẻo do kết đôi (TWIP) tạo ra các khuyết tật vi cấu trúc có mục đích dưới ứng suất làm tăng sức mạnh trong khi vẫn duy trì tính linh hoạt. Cách tiếp cận này có các ứng dụng trong xây dựng, hàng không vũ trụ, tàu hải quân, v.v., nơi vật liệu cần phải vừa chắc chắn vừa có khả năng phục hồi.

Trong thép, việc thêm các nguyên tử nhỏ như carbon tạo ra các khuyết điểm ngăn chặn sự sai lệch vị trí, tăng đáng kể độ bền so với sắt nguyên chất. Ngoài ra, việc sửa đổi cấu trúc vi mô bằng cách tạo ra nhiều hạt nhỏ hoặc bằng cách thêm một số nguyên tố nhất định để tăng cường ranh giới hạt cũng tăng cường độ bền của kim loại bằng cách làm phức tạp các con đường trật khớp.

Tóm lại, bí quyết để làm cho kim loại cực kỳ mạnh thường nằm ở các khiếm khuyết kỹ thuật ngăn chặn chuyển động của trật khớp, ngăn ngừa biến dạng dễ dàng và tăng cường vật liệu mà không nhất thiết phải hy sinh tính linh hoạt hoặc độ dẻo.

Tham khảo các khái niệm chính:

• Chuyển động sai lệch vị trí: kim loại biến dạng theo cách chính.

• Các khiếm khuyết / khuyết tật cản trở sự trật khớp.

• Các khuyết tật được kiểm soát (ví dụ: TRIP/TWIP) cải thiện độ bền và độ dẻo.

• Các nguyên tố hợp kim (như cacbon trong thép) tạo ra các khuyết điểm tăng cường.

Lời giải thích này dựa trên nghiên cứu từ các nghiên cứu khoa học vật liệu, bao gồm những tiến bộ gần đây trong việc thiết kế các hợp kim siêu ổn định với các khuyết điểm được thiết kế để tăng cường độ bền và tính linh hoạt.