AZ 
Nanomiqyaslı CoAl dizaynı otaq temperaturunda 15% plastik gərginliklə 6 GPa möhkəmlik təmin edir
Kayla Albert, Purdue Universiteti tərəfindən
Stephanie Baum tərəfindən redaktə edilib , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilib
Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin
Bu şəkildə kobalt alüminiumunun tərs qütb fiqurları və deformasiyadan sonra amorf səthlərin çərçivəsi göstərilir və kobalt alüminium intermetal materialının kristal istiqamətini göstərir. Mənbə: Purdue Universiteti
Material mühəndisləri, intermetallik adlanan bərk hal ərintiləri üçün nanoskalada struktur və maddəni manipulyasiya etmək qabiliyyətini inkişaf etdirmişlər ki, bu da onların xüsusiyyətlərini dəyişdirərək performanslarını artırmağa imkan vermişdir.
Nizamlı kristal quruluşda iki və ya daha çox metal elementdən ibarət olan intermetalliklər, reaktiv mühərriklər, qaz turbinləri, enerji saxlama və avtomobil sistemləri kimi tələbkar tətbiqlərdə və məhsullarda oynadıqları mühüm rola görə, bu inkişaf etmiş fiziki və kimyəvi xüsusiyyətlər üçün xüsusilə yaxşı namizədlərdir. Intermetalliklərin diqqətəlayiq möhkəmliyi, yüksək ərimə temperaturu və üstün sürünmə müqaviməti onları ekstremal mühitlərdə struktur istifadəsi üçün əvəzolunmaz edir.
Purdue Universitetinin mühəndisləri Science Advances jurnalında dərc olunmuş məqalədə kobalt alüminium (CoAl) intermetalliklərində eyni vaxtda yüksək möhkəmlik və plastikliyə nail olmağın yolunu nümayiş etdiriblər.
Purdue Universitetinin Material Mühəndisliyi Məktəbinin professoru Xinghang Zhang, “Amorf interfeyslər və əvvəlcədən mövcud olan dislokasiyalar çərçivəsində təmin edilən kövrək intermetalliklərdə plastiklik” adlı məqalənin müvafiq müəllifidir. Purdue Universitetinin digər əməkdaşları arasında Basil S. Turner adına material mühəndisliyi üzrə mühəndislik professoru və Elmore Ailə Elektrik və Kompüter Mühəndisliyi Məktəbi Haiyan Wang və material mühəndisliyi üzrə postdoktorantura tədqiqatçısı və ilk müəllif Ke Xu var.Purdue Universitetinin doktoranturadan sonrakı tədqiqatçısı Ke Xu, Purdue Elektron Mikroskopiya Mərkəzində skan edən elektron mikroskopunda yerində nanomekanik sınaqlar aparır. Bu sınaqlarda Purdue tədqiqatçıları kobalt aluminium intermetallics adlanan tipik kövrək materiallarda həm yüksək möhkəmliyə, həm də plastikliyə necə nail olduqlarını müşahidə ediblər. Mənbə: Purdue Universiteti
“Toplu CoAl intermetallikləri yüksək möhkəmlikli birləşmədir”, – deyə Çjan bildirib. “Digər tətbiqlər arasında, onlar potensial olaraq təyyarə mühərrikləri üçün yeni nəsil turbin bıçaq materiallarında, yəni təyyarə hərəkəti üçün dartma yaradan qaz turbinli mühərriklərdə istifadə edilə bilər. Yüksək möhkəmlikli, plastik deformasiyaya uğrayan CoAl ərintiləri mühərrikin və ya turbonun daha sürətli fırlanmasına imkan verə bilər və eyni zamanda daha yüksək mərkəzdənqaçma qüvvəsini qoruyub saxlayaraq performansı artıra bilər.”
Toplu CoAl ərintiləri, bir çox intermetalliklər kimi, xüsusilə otaq temperaturunda çox kövrəkdir. CoAl intermetalliklərində təkmilləşdirilmiş plastiklik onların sənaye məhsullarına çevrilməsini asanlaşdıracaq və bu da mühəndislərə mühərrik tətbiqləri üçün daha mürəkkəb strukturlar dizayn etməyə imkan verəcək.
“Bu tədqiqatda biz CoAl-ın otaq temperaturunda əhəmiyyətli dərəcədə plastiklik nümayiş etdirə biləcəyini göstəririk və bu da CoAl-da plastik deformasiya qabiliyyətini artırmaq üçün yeni, alternativ bir yanaşma təklif edir”, – deyə Xu bildirib.
Yeni yanaşma
Plastikliyi artırmaq üçün əvvəlki cəhdlər, tərkibləri dəyişdirməklə və ya kompozitlər istehsal etməklə CoAl intermetalliklərinin mikrostrukturunu uyğunlaşdırdı, lakin CoAl intermetalliklərində kifayət qədər yüksək sıxlıqlı dislokasiyalar yaratmaqda az uğur qazandı və bu da çox məhdud plastikliyə səbəb oldu.
Otaq temperaturunda CoAl intermetalliklərindəki plastiklik, metalların qırılmadan həddindən artıq qüvvələrə davam gətirməsinə imkan verən bol dislokasiyalar – atomların artıq nizamlı şəkildə düzülmədiyi mikroskopik pozuntular tələb edir.
“Biz püskürtmə çöküntüsü zamanı birbaşa CoAl-da dislokasiyalar tətbiq etdik”, – deyə Çjan bildirib. “Daha da əhəmiyyətlisi, biz deformasiya zamanı qismən kristallaşan və CoAl intermetalliklərində dislokasiyaların nüvələşməsini təşviq edən amorf interfeyslər (FAI) – struktur elastikliyi üçün materiallarda elastik sərhədlər çərçivəsini hazırladıq.”Oyna
00:0000:11SəssizParametrlərPIPTam ekrana daxil olun
Güc və plastiklik
Böyümə prosesi zamanı yaranan yüksək sıxlıqlı dislokasiyalar, amorf səthlərin çərçivəsi ilə birlikdə, CoAl intermetallik birləşməsini ultra güclü edir. Tədqiqatçılar yüksək möhkəmlikli struktur poladdan təxminən altı-on dəfə yüksək olan 6 GPa (giqapaskal, gərginlik ölçüsü) nisbətində axıcılıq möhkəmliyini qeydə aldılar. Nəticədə yaranan intermetallik birləşmə həmçinin otaq temperaturunda sıxılma altında 15% plastik gərginliyə davam gətirmək qabiliyyətini nümayiş etdirdi.
Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .
Xu bildirib ki, “Ultra yüksək mexaniki möhkəmlik və üstün plastikliyin bu kombinasiyası mövcud CoAl nanolaminat sistemini bu günə qədər bildirilən ən yaxşı intermetallik sistemlərdən birinə çevirir”.
Tədqiqatçılar, amorf alüminium-kobalt ikili interfeyslər çərçivəsi ilə CoAl intermetalliklərini hazırlamaq üçün qeyri-tarazlıq istehsal yanaşmasından — substrata nazik bir təbəqə tətbiq etmək üsulu olan maqnetron püskürtmə çöküntüsündən — istifadə etdilər. Bu, intermetallik emal üçün ənənəvi metal tökmə metodundan (mayedən bərkə) fərqlənir.
“Bu qeyri-tarazlıq istehsal yanaşması bizə ərinti buxarından bərk maddəyə qədər materiallar hazırlamağa imkan verir və bununla da CoAl-da xeyli sayda dislokasiyaya səbəb olur”, – deyə Çjan bildirib. “Biz CoAl-da əhəmiyyətli dərəcədə möhkəmlik və plastiklik əldə edə bildik ki, bu da ənənəvi tökmə yolu ilə əldə edilə bilməz.”
Tədqiqatçılar, CoAl intermetalliklərinin mexaniki performansını (möhkəmlik və plastiklik) araşdırmaq üçün skanedici elektron mikroskopunda yerində mexaniki sınaqdan istifadə etdilər. Bu texnika tədqiqatçılara deformasiya davranışını mikrometr dəqiqliyi ilə izləməyə imkan verdi.
Xarici əməkdaşlar arasında professor Yaşaşri Kulkarni və onun Hyuston Universitetindən doktorluq dərəcəsi alan tələbəsi Anand Metyu da var idi. Onlar CoAl üçün atom səviyyəsində deformasiya mexanizmlərini aydınlaşdırmaq üçün molekulyar dinamika simulyasiyaları apardılar. Onların simulyasiyaları FAI-lərin kristallaşmasını və təbəqə sərhədlərindən CoAl təbəqələrinə dislokasiya emissiyasını aşkar etdi.
İnnovasiyanın miqyaslandırılması
Tədqiqatçılar müəyyən təbəqə interfeyslərinin CoAl-ın plastik deformasiya qabiliyyətini əhəmiyyətli dərəcədə artıra biləcəyini nümayiş etdirdikdən sonra növbəti addım sənaye miqyaslı tətbiqlər üçün toplu CoAl nanokompozitlərinin istehsalı üçün eyni konsepsiyanı tətbiq etmək olacaq.
“Biz həmçinin bu metal sinfində plastikliyi artırmaq üçün FAI-lərin ümumi tətbiqini müəyyən etmək məqsədi ilə digər intermetalliklərdən istifadə edərək konsepsiyanı sınaqdan keçirəcəyik”, – deyə Xu bildirib.
Tədqiqata Zhang-ın Nanometal Qrupu rəhbərlik edəcək. Qrup yüksək möhkəmlikli deformasiyaya uğrayan metal materialların dizaynı üçün atom miqyasında sintez, yerində nanomekanik sınaq və qabaqcıl mikrostruktur xarakteristikasının inteqrasiyası üzərində işləyir. Zhang-ın ümumi tədqiqatına nanomaterialların sintezi, nanostrukturlu materiallarda radiasiya zədələnməsi və nanostrukturlu metalların və funksional materialların mexaniki davranışı daxildir.
Jurnal məqaləsində sənədləşdirilmiş tədqiqatın qabaqcıl texnologiya sahələri üçün potensial olaraq dərin təsirləri ola bilər.
“Süni intermetalliklər aerokosmik və kosmik, enerji və müdafiə tətbiqləri üçün qabaqcıl materialların dizaynı imkanlarımızı əhəmiyyətli dərəcədə artıracaq”, – deyə Çjan bildirib.
Nəşr detalları
Ke Xu və digərləri, Amorf interfeyslər və əvvəlcədən mövcud olan dislokasiyalar çərçivəsində təmin edilən kövrək intermetalliklərdə plastiklik, Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aeb0766
Jurnal məlumatları: Elmin irəliləyişləri
Əsas anlayışlar
ərintiKristal sistemlərNanostrukturlar
Purdue Universiteti tərəfindən təmin edilir Bu hekayənin arxasında kim dayanır?
Stefani Baum
The New School-dan TESOL üzrə magistr dərəcəsi. Dil öyrənməyə və biologiya və kosmik tədqiqatlarla bağlı elmi xəbərləri redaktə etməyə həvəslidir. Tam profil →
Endryu Zinin
Fizika üzrə magistr dərəcəsi və tədqiqat təcrübəsi. Uzun müddət elm xəbərləri həvəskarı. Science X-in redaksiya uğurunda əsas rol oynayır. Tam profil →
