MIT-n Schuh Taldean garatzen ari diren tungsteno aleazio berriek uranio agortua ordezkatu dezakete armadura zulatzeko proiektiletan. Zachary C. Cordero Materialen Zientzia eta Ingeniaritza Graduko laugarren urteko ikaslea toxikotasun baxuko, erresistentzia handiko eta dentsitate handiko materiala lantzen ari da uranio agortua ordezkatzeko egiturazko aplikazio militarretan. Uranio gutxituak osasunerako arrisku potentziala dakar soldaduentzat eta zibilentzat. "Hori da ordezkatzen saiatzeko motibazioa", dio Corderok.

Tungsteno normala perretxikoa izango litzateke inpaktuan, ahalik eta errendimendurik txarrena. Beraz, erronka uranio agortuaren errendimenduarekin bat etor daitekeen aleazio bat garatzea da, materiala mozten duen heinean autozorroztu egiten dena eta sartzaile-helburuko interfazean sudur zorrotza mantentzen du. “Tungstenoa berez oso indartsua eta gogorra da. Beste aleazio-elementu batzuk jarri ditugu egiteko, ontziratu gabeko objektu horretan finkatu ahal izateko», dio Corderok.

Kromo eta burdina dituen wolframio-aleazio bat (W-7Cr-9Fe) tungsteno-aleazio komertzialak baino nabarmen indartsuagoa zen, Cordero-k egile nagusiarekin eta Materialen Zientzia eta Ingeniaritza Saileko Christopher A. Schuh eta Metallurgical and Materials aldizkariko lankideekin batera argitaratu zuen. Transakzioak A. Hobekuntza hauts metalikoak eremuan lagundutako sinterizazio beroko prentsan trinkotuz lortu zen, emaitzarik onenarekin, ale finaren egituraren eta gogortasun handienaren arabera neurtuta, 1.200 gradu Celsius-tan minutu 1eko prozesamendu denboran lortutakoa. Prozesatzeko denbora luzeagoak eta tenperatura altuagoak ale lodiagoak eta errendimendu mekaniko ahulagoak ekarri zituzten. Egileen artean, MITeko ingeniaritza eta materialen zientzietako graduondoko ikaslea Mansoo Park, Oak Ridgeko doktorego-ondoko Emily L. Huskins, Boise Stateko irakasle elkartua Megan Frary eta graduondoko ikaslea Steven Livers eta Army Research Laboratory ingeniari mekaniko eta taldeburu Brian E. Schuster izan ziren. Tungsteno-kromo-burdina aleazioaren azpi-eskala proba balistikoak ere egin dira.

"Tungsteno ontziratu nanoegituratua edo amorfoa (aleazio) egin dezakezu, benetan material balistiko aproposa izan beharko luke", dio Corderok. Corderok, Bridgewater-eko (NJ) jaiotzez, National Defense Science and Engineering (NDSEG) Beka bat jaso zuen 2012an Air Force Ikerketa Zientifikoen Bulegoaren bidez. Haren ikerketa AEBetako Defentsa Mehatxuak Murrizteko Agentziak finantzatzen du.

Ale ultrafine egitura

“Nire materialak egiteko modua hauts prozesatzea da, non lehenik hauts nanokristalinoa egiten dugu eta gero ontziratu gabeko objektu batean finkatzen dugu. Baina erronka da sendotzeak materiala tenperatura altuagoetara eskatzea eskatzen duela», dio Corderok. Aleazioak tenperatura altuetara berotzeak metalaren barruan dauden aleak edo domeinu kristalino indibidualak handitzea eragin dezake, eta horrek ahuldu egiten ditu. Corderok 130 nanometro inguruko ale ultrafineko egitura lortu zuen W-7Cr-9Fe konpaktuan, mikrografi elektronikoek baieztatuta. «Hautsa prozesatzeko bide hau erabiliz, 2 zentimetroko diametroa duten lagin handiak egin ditzakegu, edo handiagoak joan gaitezke, 4 GPa-ko (gigapaskal) konpresio-erresistentzia dinamikoekin. Material hauek prozesu eskalagarri baten bidez egin ditzakegula agian are ikusgarriagoa da», dio Corderok.

“Talde bezala egiten saiatzen ari garena nanoegitura finekin ontziratu gabeko gauzak egitea da. Hori nahi dugun arrazoia da material hauek oso propietate interesgarriak dituztelako, eta aplikazio askotan erabilgarri izan daitezkeelako”, gaineratu du Corderok.

Ez da naturan aurkitzen

Corderok nanoeskalako mikroegiturak dituzten aleazio metaliko hautsen indarra ere aztertu zuen Acta Materialia aldizkariko artikulu batean. Cordero-k, Schuh egile nagusiarekin, simulazio konputazionalak eta laborategiko esperimentuak erabili zituen erakusteko, hasierako indar antzekoak dituzten tungstenoa eta kromoa bezalako metalen aleazioak homogeneizatzeko eta amaierako produktu sendoagoa ekoizteko joera zutela, eta, aldiz, hasierako erresistentzia handia duten metalen konbinazioak, hala nola tungstenoak eta zirkonioak aleazio ahulagoa ekoizteko joera baitzuten fase bat baino gehiagorekin.

"Energia handiko bola fresatzeko prozesua prozesu familia handiago baten adibide bat da, zeinetan materiala deformatzen duzun bere mikroegitura oreka ez-egoera bitxi batera eramateko. Ez dago marko onik ateratzen den mikroegitura aurreikusteko, beraz, askotan saiakera eta errorea da. Disoluzio solido metaegonkorra osatuko duten aleazioak diseinatzetik enpirismoa kentzen saiatzen ari ginen, hori da orekarik gabeko fase baten adibide bat», azaldu du Corderok.

"Orekarik gabeko fase hauek ekoizten dituzu, zure inguruko munduan normalean ikusiko ez zenituzkeen gauzak naturan, benetan muturreko deformazio-prozesu horiek erabiliz", dio. Energia handiko bola fresatzeko prozesuak hauts metalikoak behin eta berriz zizaila dakar, eta zizailadurak aleazio-elementuak nahastera bultzatzen ditu lehian, termikoki aktibatutako berreskuratze-prozesuek aleazioa oreka-egoerara itzultzea ahalbidetzen dute, kasu askotan fase bereiztea baita. . «Beraz, bi prozesu hauen arteko lehia hori dago», azaldu du Corderok. Bere artikuluak disoluzio solido bat osatuko duen aleazio jakin batean kimikak aurreikusteko eredu sinple bat proposatu zuen eta esperimentuekin balioztatu zuen. "Erresatutako hautsak jendeak ikusi dituen metal gogorrenetakoak dira", dio Corderok, eta probak ikusi zuen wolframio-kromo aleazioak 21 GPa-ko nanoindentazio gogortasuna duela. Horrek burdina nanokristalinoan oinarritutako aleazioen edo wolframio-ale lodien nanokoskatze gogortasunaren bikoitza egiten du.

Metalurgiak malgutasuna eskatzen du

Aztertu zituen ale ultrafine wolframio-kromo-burdina aleazio trinkoetan, aleazioek altzairu artezteko euskarri eta ontziaren urraduratik ateratzen zuten burdina energia handiko bolak fresatzeko garaian. "Baina itxura ona da hori ere ona izan daitekeela, badirudi tenperatura baxuetan dentsifikazioa bizkortzen duela, eta horrek mikroegituran aldaketa txarrak eragin ditzaketen tenperatura altu horietan eman behar duzun denbora murrizten du". Corderok azaltzen du. "Gauza handia da malgua izatea eta metalurgian aukerak ezagutzea".

Cordero MIT-n graduatu zen 2010ean fisikan lizentziatua eta urtebetez lan egin zuen Lawrence Berkeley National Lab-en. Bertan, Bigarren Mundu Gerran Manhattan Proiekturako plutonioa eusteko arrago bereziak egiten zituzten metalurgia belaunaldi batengandik ikasi zuten ingeniaritzako langileek inspiratu zuten. «Lantzen ari ziren gauza mota entzuteak ilusio handia eman zidan eta metalen prozesatzeko gogotsu. Gainera, oso dibertigarria da”, dio Corderok. Materialen zientziaren beste azpi-diziplina batzuetan, hau dio: "Ez duzu labe bat ireki 1.000 C-tan, eta zerbait distiratsu ikusten. Ez duzu bero-tratamendurik lortzen”. 2015ean doktoregoa amaitzea espero du.

Bere egungo lana egitura aplikazioetan zentratuta dagoen arren, egiten ari den hauts-prozesaketa mota material magnetikoak egiteko ere erabiltzen da. "Informazio eta ezagutza asko beste gauza batzuetara aplika daitezke", dio. "Nahiz eta egiturazko metalurgia tradizionala den, eskola zaharreko metalurgia hau eskola berriko materialei aplika diezaiekezu".