Anonim

الخيزران يلهم عملية جديدة لصنع المعادن أكثر صرامة

علم

دارين كويك

4 يوليو 2014

قام الباحثون بزيادة صلابة المعادن المختلفة من خلال منحهم "بنية متدرجة" (الصورة: يونتيان تشو)

يعتبر الصلب معيارًا شائعًا تقاس به قوة المواد ، مع "أقوى من الفولاذ " وهي صيكة مألوفة بالنسبة لأولئك الذين يروجون لخصائص بعض المواد الجديدة في عصر الفضاء. لكن الباحثين في جامعة ولاية كارولينا الشمالية صنعوا الآن الفولاذ الذي يكون أقوى من الفولاذ باستخدام عملية تزيد من متانة المعادن المختلفة عن طريق تغيير الهياكل المجهرية في داخلها.

مستوحاة من البنية الداخلية للعظام والخيزران ، والتي تتميز كلاهما بنسب قوة إلى وزن مثيرة للإعجاب ، تمكن الباحثون من زيادة قوة وصلابة المعادن بإعطائهم ما يشير إليه الباحثون على أنه "هيكل متدرج ". هذا هو الهيكل حيث يتم تدريجيا زيادة حجم الملايين من الحبوب المعبأة بإحكام والتي تشكل المعدن إلى مزيد من أسفل إلى المادة.

"إن وجود حبيبات صغيرة على السطح يجعل من المعدن أكثر صعوبة ، ولكنه يجعله أقل مرونة - بمعنى أنه لا يمكن أن يمتد حتى الآن دون أن ينكسر" ، كما يقول شياو لي ، أستاذ علوم المواد في الأكاديمية الصينية للعلوم "معهد الميكانيكيين الذين تعاونوا مع Yuntian Zhu من NC State على العمل.

"ولكن إذا قمنا تدريجيا بزيادة حجم الحبوب في الأسفل في المواد ، يمكننا أن نجعل من المعدن أكثر مرونة ، " تواصل وو. "تشاهد تباينًا مماثلًا في حجم وتوزيع الهياكل في مقطع عرضي من العظم أو ساق الخيزران. باختصار ، تجعل الواجهة التدريجية للحبوب الكبيرة والصغيرة المادة الكلية أقوى وأكثر مرونة ، وهو مزيج من الخصائص التي لا يمكن بلوغها في المواد التقليدية.

في اختبار نهج البنية المتدرجة في مجموعة متنوعة من المعادن ، تمكن الباحثون من تحسين خصائص النحاس والحديد والنيكل والفولاذ المقاوم للصدأ.

كما قاموا باختبار التقنية في الفولاذ الخالي (IF) ، والذي عندما يصنع لتحمل 450 ميغا باسكال (MPa) من الإجهاد يكون ليونة منخفضة للغاية ، وهذا يعني أنه لا يمكن أن يمتد إلا إلى أقل من 5 في المئة من طوله قبل الانكسار. من خلال إعطائه بنية متدرجة ، كان الفريق قادراً على إنشاء الفولاذ IF الذي كان قوياً بما يكفي لتحمل 500 ميغا باسكال من الإجهاد في حين أن الدكتايل يمتد إلى 20 في المئة من طوله قبل أن ينكسر.

"نعتقد أن هذا هو مجال جديد مثير للبحث عن المواد لأنه يحتوي على مجموعة من التطبيقات ويمكن دمجها بسهولة وبدون تكلفة في العمليات الصناعية ،" كما يقول وو ، مع الفريق أيضا يبحث في دراسة ما إذا كان نهج هيكل التدرج يمكن ينتج أيضًا عن مواد أكثر مقاومة للتآكل والبلى والتعب.

عمل الفريق عبارة عن ورقتين ، الأولى منشورة في دورية أبحاث المواد البحثية ، والثانية تظهر في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم .

المصدر: ولاية نورث كارولاينا

قام الباحثون بزيادة صلابة المعادن المختلفة من خلال منحهم "بنية متدرجة" (الصورة: يونتيان تشو)

موصى به اختيار المحرر