06 юли 2022
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Как се правят по-здрави метали

Проучването показва какво се случва, когато кристалните зърна в металите се реформират в нанометров мащаб

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 31 май 2022 в 00:01 41010
За първи път изследователи описват как всъщност се образуват малките кристални зърна, които съставляват повечето твърди метали. Разбирането на този процес, казват те, може теоретично да доведе до начини за производство на по-здрави, по-леки версии на широко използваните метали като алуминий, стомана и титан. Кредит: MIT

Има много начини за създаване на метали във форми, необходими за различни цели. Тези процеси обаче засягат размерите и формите на малките кристални зърна, които съставляват масивния метал. Ново проучване на Масачузетския технологичен институт (MIT) определя какво се случва, когато тези кристални зърна се образуват по време на процес на екстремна деформация, до няколко нанометра в най-малкия мащаб.

Свойствата на даден метал зависят от неговата структура - колкото по-малък е размерът на кристалните зърна, толкова по-здрав е полученият метал. През последните 80 години всеобща тенденция в цялата металургия, във всички метали, е намаляването на размера на зърната, за да се подобри здравината и якостта.

Използвайки различни емпирично разработени методи, учените се опитаха да намалят размера на зърната в парче твърд метал. Но да направите тези зърна по-малки е трудна задача.

Използвайки различни емпирично разработени методи, учените са се опитвали да намалят размера на зърната в метала. Но да се направят тези зърна по-малки е трудна задача.

За тази цел често се използва метода за прекристализация. Процесът включва деформиране и нагряване на елемента, създавайки малки дефекти в цялото парче. Тези дефекти могат спонтанно да образуват ядрата на нови кристали.

Целта на новата работа е да определи как този процес може да протече с много висока скорост и в най-малки мащаби. За изследването учените анализират изображенията от набор изображения от стабилни системи.

Професорът от Масачузетския технологичен институт Кристофър Шух (Christopher Schuh) обяснява: „Ние използвахме лазер за изстрелване на метални частици със свръхзвукова скорост. Да се ​​каже, че това се случва за един миг, би било невероятно подценяване."

„Такъв високоскоростен процес не е просто любопитство. Има индустриални процеси, при които нещата се случват с такава скорост. Те включват високоскоростна механична обработка, високоенергийно смилане на метален прах и метод, наречен студен спрей за образуване на покрития. В тези експерименти ние се опитахме да разберем този процес на прекристализация при тези прекомерни скорости и тъй като скоростите са толкова високи, никой не е успял да проучи това и да разгледа систематично този процес преди."

Учените са използвали лазерна система, за да изстрелват 10-микрометрови частици към повърхност. Системата може да изстрелва тези частици една по една и да измерва колко бързо се движат и колко силно се удрят. След това те използват различни сложни микроскопски техники, за да ги разрежат, за да видят еволюцията в структурата на зърната в нанометров мащаб.

„Открит е нов начин, по който зърната се образуват до нанометров мащаб. Новият подход, който се нарича ​​рекристализация, подпомагана от нанотуининг (образуване на двойни кристали), е вариация на известно явление в металите, наречено туининг, особен вид дефект, при който част от кристалната структура обръща ориентацията си. Това е преобръщане с огледална симетрия и се получават райета, където металът обръща ориентацията си и се обръща отново, като шарка рибена кост", обяснява Шух.

В експериментите изследоеателите са използвали мед, процесът на бомбардиране на повърхността с тези малки частици при висока скорост може да увеличи здравината на метала около десетократно.

„Това не е малка промяна в свойствата и този резултат не е изненадващ, тъй като е продължение на известния ефект на втвърдяване, който идва от ударите с чук при обикновеното коване. Феноменът, за който говорим, представлява хиперковане”, разказва Шуй

„В експериментите приложихме широк спектър от изображения и измервания към едни и същи частици и места на удар. Така че в крайна сметка получихме мултимодална представа. Получаваме различни лещи за един и същ регион и материал и когато се събере всичко това заедно, получаваме истинско богатство от количествени подробности за това какво се случва, които една-единствена техника не би осигурила.”

„Тъй като новите открития определят степента на необходимата деформация, колко бързо се извършва тази деформация и температурите, които да се използват за максимален ефект за всеки конкретен метал или метод на обработка, те могат да бъдат приложени директно към реално производство на метали. Това не са просто хипотетични линии. За всеки даден метал или сплав, ако се опитвате да определите дали ще се образуват нанозърна, ако имате параметрите, поставете ги там във формулите, които са разработили, и резултатите трябва да покажат какъв вид структура на зърната може да се очаква от дадените скорости на удара и дадени температури", допълва постдокторантът на MIT Ахмед Тиамию (Ahmed Tiamiyu).

Справка: Tiamiyu, A.A., Pang, E.L., Chen, X. et al. Nanotwinning-assisted dynamic recrystallization at high strains and strain rates. Nat. Mater. (2022). DOI: 10.1038/s41563-022-01250-0

Източник: A secret of stronger metals unveiled, Tech Explorist


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.