کشف اختلال nanolayers در intermetallic آلیاژهای

Intermetallic آلیاژهای به طور بالقوه دارای استحکام بالا در دمای بالا و محیط زیست است. اما آنها به طور کلی رنج می برند فقیر انعطاف پذیری در محیط و درجه حرارت پایین از این رو محدود کردن برنامه های کاربردی خود را در هوافضا و سایر رشته های مهندسی. در عین حال یک تیم تحقیقاتی به رهبری دانشمندان دانشگاه هنگ کنگ (CityU) به تازگی کشف نظم نانو لایه ها در مرزهای دانه در دستور intermetallic آلیاژهای. این nanolayers نه تنها می تواند حل و فصل این تضاد آشتی ناپذیر بین قدرت و انعطاف پذیری موثر, اما همچنین حفظ این آلیاژ را با قدرت عالی پایداری حرارتی در دماهای بالا. طراحی مشابه nanolayers ممکن است باز کردن یک مسیر برای طراحی مواد جدید ساختاری با بهینه آلیاژ خواص.

این پژوهش به رهبری پروفسور لیو زنجیره ای-tsuan, CityU دانشگاه استاد برجسته و عضو ارشد هنگ کنگ موسسه مطالعات پیشرفته (HKIAS). یافته بودند فقط منتشر شده در معتبر مجله علمی , علوم, عنوان,"Ultrahigh-قدرت و جعل superlattice آلیاژهای با نانو اختلال رابط".

درست مانند فلزات درونی ساختار intermetallic آلیاژهای ساخته شده است فرد کریستالی مناطق می داند که به عنوان "دانه". معمول شکنندگی در intermetallic آلیاژهای است که به طور کلی نسبت به ترک خوردگی همراه دانه خود را در طول مرزهای کششی تغییر شکل. با اضافه کردن عنصر بور به intermetallic آلیاژهای شده است یکی از روش های سنتی برای غلبه بر شکنندگی. پروفسور لیو که در واقع یکی از کسانی که مورد مطالعه این رویکرد از 30 سال پیش. در آن زمان او متوجه شد که علاوه بر این از بور به باینری intermetallic آلیاژهای (تشکیل دو عنصر مانند Ni₃Al) افزایش مرز دانه انسجام رو به بهبود خود را به طور کلی انعطاف پذیری.

در سال های اخیر استاد لیو به دست آورد بسیاری از پیشرفت های بزرگ در حال توسعه فله intermetallic آلیاژهای (intermetallic آلیاژ نیز به نام superlattice آلیاژ ساخته شده با طیف اتمی نزدیک بسته بندی شده در دستور ساختار). این مواد خوب با نقاط قوت بسیار جذاب برای دمای بالا و ساختاری در برنامه های کاربردی اما به طور کلی رنج می برند از جدی شکنندگی در دمای محیط و همچنین به عنوان سریع دانه میبخشد (یعنی رشد در اندازه دانه) و نرم شدن در درجه حرارت بالا. بنابراین در این زمان استاد لیو و تیم خود را توسعه داده اند رمان "فاصله نانو disordering" استراتژی در چند عنصر intermetallic آلیاژهای را قادر می سازد که استحکام بالا و انعطاف پذیری زیادی در دمای اتاق و همچنین عالی و پایداری حرارتی در دماهای بالا.

"آنچه ما در ابتدا سعی به انجام این کار است به منظور افزایش مرز دانه انسجام از طریق بهینه سازی مقدار بور," گفت: دکتر یانگ تائویک postdoc محقق در CityU بخش مهندسی مکانیک (MNE) و IAS که همچنین یکی از اولین نویسندگان این مقاله است. "ما انتظار می رود که ما به عنوان افزایش مقدار بور آلیاژ حفظ خواهد ultrahigh قدرت با توجه به چند عنصر تشکیل شده است."

با توجه به عقل متعارف اضافه کردن مقدار بسیار کم (0.1 تا 0.5 درصد اتمی (در. %)) از بور به صورت قابل توجهی بهبود خود کششی انعطاف پذیری با افزایش دانه-مرز انسجام. هنگامی که مقادیر بیش از حد boron اضافه شد, این رویکرد سنتی به کار نیست. "اما زمانی که ما اضافه مقادیر بیش از حد از بور به حال چند intermetallic آلیاژهای به دست آمده به طور کامل نتایج متفاوت است. در یک نقطه من تعجب که آیا چیزی را اشتباه رفت و در طول آزمایش" دکتر یانگ به یاد می آورد.

به این تیم تعجب زمانی که افزایش boron به عنوان بالا به عنوان 1.5 به 2.5 در. % این boron آلاييده شده با آلیاژهای شد بسیار قوی اما بسیار انعطاف پذیر. آزمایش نتایج نشان داد که intermetallic آلیاژهای با 2 در. درصد از boron یک ultrahigh عملکرد قدرت 1.6 gigapascals با کششی انعطاف پذیری از 25% در درجه حرارت محیط.

با مطالعه از طریق مختلف انتقال الکترون microscopies این تیم کشف کرد که هنگامی که غلظت بور در محدوده 1.5 به 2.5 در. درصد متمایز nanolayer تشکیل شد بین مجاور دستور داد دانه. هر یک از غلات بود capsulated در این نازک nanolayer حدود 5nm ، و nanolayer به خودی خود دارای یک نظم ساختار اتمی است. "این پدیده شده بود کشف و گزارش شده قبل از" گفت: پروفسور لیو.

خود کششی آزمایش نشان داد که nanolayer به عنوان یک منطقه حائل بین مجاور دانه را قادر می سازد که پلاستیک-تغییر شکل در مرزدانهها و در نتیجه بزرگ کششی انعطاف پذیری در یک ultrahigh قدرت عملکرد سطح.

تیم یافت که این افزایش بیشتر در boron قابل ملاحظه ای افزایش یافته است "چند عنصر co-تبعیض نژادی" - پارتیشن بندی از عناصر متعدد در امتداد مرزهای دانه. با پیشرفته سه بعدی اتم پروب توموگرافی (3D APT) در CityU تنها یکی از نوع خود در هنگ کنگ و جنوب چین آنها مشاهده شد غلظت بالایی از بور و آهن و کبالت اتم در nanolayers. در مقابل نیکل و آلومینیوم و تیتانیوم شد تا حد زیادی تخلیه وجود دارد. این عنصری منحصر به فرد پارتیشن بندی, به عنوان یک نتیجه ناشی از این نانو disordering در nanolayer که به طور موثر مانع شکستگی همراه دانه مرزها و افزایش انعطاف پذیری.

هنگامی که ارزیابی پاسخ حرارتی از آلیاژ این تیم نشان داد که افزایش در اندازه دانه ناچیز بود و حتی پس از 120 ساعت از پخت در درجه حرارت بالا از 1050°C. این تعجب این تیم دوباره به دلیل اینکه بسیاری از مواد ساختاری معمولا نشان می دهد رشد سریع اندازه دانه ها در دمای بالا و در نتیجه قدرت کاهش سرعت.

یک مسیر جدید برای توسعه ساختار مواد با درجه حرارت بالا با استفاده از

آنها معتقد بودند که nanolayer محوری در سرکوب رشد در اندازه دانه و حفظ استحکام در دمای بالا. و پایداری حرارتی از نظم nanolayer ارائه خواهد شد این نوع آلیاژ مناسب برای درجه حرارت بالا ساختاری برنامه های کاربردی.

"کشف این نظم nanolayer در آلیاژ خواهد بود و تاثیرگذار برای توسعه مواد با مقاومت بالا در آینده است. در این رویکرد می توان به ساختاری مواد برای برنامه های کاربردی در دمای بالا و تنظیمات مانند هوافضا انرژی هسته ای و مهندسی شیمی" گفت: پروفسور لیو.

###

پروفسور لیو است که مربوط به نویسنده این مقاله است. شرکت اول نویسنده دکتر یانگ تائو و دکتر Zhao Yilu از MNE بخش در CityU. دیگر نویسندگان از CityU شامل: پروفسور هوانگ چی-چینگصندلی استاد علم مواد و مدیر اجرایی HKIAS, استاد کای Jijungصندلی استاد مهندسی هسته ای, Li Wanpeng از دپارتمان علم مواد و مهندسی و دکتر Luan Junhua در بین دانشگاه های 3D APT واحد.

بودجه حمایت از مطالعه شامل CityU های هنگ کنگ کمک هزینه تحقیقاتی شورای ملی و طبیعی علوم پایه و چین است.

سلب مسئولیت: AAAS و EurekAlert! مسئول صحت اخبار منتشر شده به EurekAlert! با کمک موسسات و یا برای استفاده از هر گونه اطلاعات از طریق EurekAlert سیستم.