Dh’ fhaodadh aloidhean tungstain ùra a thathas a’ leasachadh anns a’ Bhuidheann Schuh aig MIT a dhol an àite uranium crìonadh ann an tilgeadh armachd. Tha oileanach ceumnachaidh saidheans stuthan agus innleadaireachd sa cheathramh bliadhna Zachary C. Cordero ag obair air stuthan ìosal puinnseanta, àrd-neart, àrd-dùmhlachd airson a bhith a’ cur an àite uranium crìonadh ann an tagraidhean structarail armachd. Tha uranium air a dhol sìos na chunnart slàinte do shaighdearan agus do shìobhaltaich. “Is e sin an adhbhar airson feuchainn ri fear eile a chuir na àite,” tha Cordero ag ràdh.

Bheireadh tungsten àbhaisteach balgan-buachair no maol air buaidh, an coileanadh as miosa. Mar sin is e an dùbhlan a bhith a’ leasachadh alloy a dh’ fhaodadh a bhith co-ionnan ri coileanadh uranium air a dhol sìos, a thig gu bhith fèin-gheurachadh fhad ‘s a bhios e a’ rùsgadh stuth agus a ’cumail sròn biorach aig an eadar-aghaidh targaid penetrator. “Tha tungsten leis fhèin air leth làidir agus cruaidh. Chuir sinn a-steach eileamaidean alloying eile gus a dhèanamh gus an urrainn dhuinn a dhaingneachadh a-steach don stuth mòr seo, ”tha Cordero ag ràdh.

Bha alloy tungstain le cromium agus iarann ​​(W-7Cr-9Fe) gu math nas làidire na aloidhean tungstain malairteach, thug Cordero aithris ann am pàipear le àrd-ùghdar agus ceannard Roinn Saidheans Stuthan agus Innleadaireachd Christopher A. Schuh agus co-obraichean anns an iris Metallurgical and Materials Gnìomhan A. Chaidh an leasachadh a choileanadh le bhith a’ dlùthachadh pùdar meatailt ann am preas teth sintering le taic achaidh, leis an toradh as fheàrr, air a thomhas leis an structar gràin grinn agus an cruas as àirde, air a choileanadh aig ùine giollachd de 1 mionaid aig 1,200 ceum Celsius. Mar thoradh air amannan giollachd nas fhaide agus teòthachd nas àirde thàinig gràinean nas garbh agus coileanadh meacanaigeach nas laige. Am measg nan co-ùghdaran bha oileanach ceumnaiche innleadaireachd MIT agus saidheans stuthan Mansoo Park, fear iar-dhotaireil Oak Ridge Emily L. Huskins, Àrd-ollamh Co-cheangailte Boise State Megan Fary agus oileanach ceumnachaidh Steven Livers, agus innleadair meacanaigeach Saotharlann Rannsachaidh an Airm agus stiùiriche sgioba Brian E. Schuster. Chaidh deuchainnean ballistic fo-sgèile den alloy tungsten-chromium-iarann ​​​​a dhèanamh cuideachd.

“Mas urrainn dhut tungsten mòr nanostructured no amorphous (alloy) a dhèanamh, bu chòir dha a bhith na stuth ballistic air leth math,” tha Cordero ag ràdh. Fhuair Cordero, a bhuineadh do Bridgewater, NJ, Caidreabh Nàiseanta Saidheans agus Innleadaireachd Dìon (NDSEG) ann an 2012 tro Oifis Rannsachadh Saidheansail Feachd an Adhair. Tha an rannsachadh aige air a mhaoineachadh le Buidheann Lùghdachadh Cunnart Dìon na SA.

Structar gràin ultrafine

“Is e an dòigh anns a bheil mi a’ dèanamh na stuthan agam le bhith a ’giullachd pùdar far am bi sinn a’ dèanamh pùdar nanocrystalline an-toiseach agus an uairsin ga dhaingneachadh ann an stuth mòr. Ach is e an dùbhlan gum feum daingneachadh an stuth a nochdadh gu teòthachd nas àirde, ”tha Cordero ag ràdh. Le bhith a’ teasachadh nan aloidhean gu teòthachd àrd faodaidh na gràinean, no raointean criostalach fa leth, taobh a-staigh a’ mheatailt leudachadh, rud a tha gan lagachadh. Bha Cordero comasach air structar gràin ultrafine de mu 130 nanometers a choileanadh ann an cruth W-7Cr-9Fe, air a dhearbhadh le micrographs dealanach. “A’ cleachdadh an t-slighe giollachd pùdar seo, is urrainn dhuinn sampallan mòra a dhèanamh suas ri 2 ceudameatairean ann an trast-thomhas, no dh’ fhaodadh sinn a dhol nas motha, le neartan teannachaidh fiùghantach de 4 GPa (gigapascals). Is dòcha gu bheil e eadhon nas drùidhtiche gun urrainn dhuinn na stuthan sin a dhèanamh a’ cleachdadh pròiseas scalable, ”tha Cordero ag ràdh.

“Is e na tha sinn a’ feuchainn ri dhèanamh mar bhuidheann rudan mòra a dhèanamh le nanostructures grinn. Is e an adhbhar a tha sinn ag iarraidh sin air sgàth gu bheil feartan fìor inntinneach aig na stuthan sin a dh’ fhaodadh a bhith air an cleachdadh ann an iomadh tagradh, ”thuirt Cordero.

Nach lorgar ann an nàdar

Rinn Cordero sgrùdadh cuideachd air neart pùdar alloy meatailt le microstructures nanoscale ann am pàipear iris Acta Materialia. Chleachd Cordero, leis an àrd-ùghdar Schuh, an dà chuid samhlaidhean coimpiutaireachd agus deuchainnean obair-lann gus sealltainn gu robh aloidhean de mheatailtean leithid tungsten agus cromium le neartan tùsail coltach ri chèile buailteach a bhith ag aonachadh agus a’ toirt a-mach toradh deireannach nas làidire, fhad ‘s a bha measgachadh de mheatailtean le mì-chothromachadh neart tùsail mar sin. oir bha tungsten agus zirconium buailteach a bhith a’ toirt a-mach alloy nas laige le barrachd air aon ìre an làthair.

“Tha pròiseas bleith ball àrd-lùth mar aon eisimpleir de theaghlach nas motha de phròiseasan anns am bi thu a’ deformachadh an stuth a-mach à stuth gus am meanbh-structar aige a ghluasad gu staid neònach neo-chothromach. Chan eil frèam math ann dha-rìribh airson ro-innse a dhèanamh air a’ mhion-structar a thig a-mach, agus mar sin is e deuchainn is mearachd a tha seo gu tric. Bha sinn a’ feuchainn ris an empiricism a thoirt air falbh bho bhith a’ dealbhadh aloidhean a bhios na fhuasgladh cruaidh meata-sheasmhach, a tha na aon eisimpleir de ìre neo-chothromach," tha Cordero a’ mìneachadh.

“Bidh thu a’ toirt a-mach na h-ìrean neo-chothromachaidh sin, rudan nach fhaiceadh tu mar as trice air an t-saoghal timcheall ort, ann an nàdar, a ’cleachdadh na fìor phròiseasan deformachaidh sin,” tha e ag ràdh. Tha am pròiseas bleith ball àrd-lùth a’ toirt a-steach a bhith a’ rùsgadh a-rithist de na pùdar meatailt leis an rùsgadh a’ draibheadh ​​na h-eileamaidean alloying gu eadar-mheasgachadh fhad ‘s a tha pròiseasan ath-nuadhachaidh farpaiseach, teirmeach-ghnìomhach a’ leigeil leis an alloy tilleadh chun staid chothromach aige, a tha ann an iomadh cùis gu ìre air leth. . “Mar sin tha an fharpais seo eadar an dà phròiseas seo," tha Cordero a’ mìneachadh. Mhol am pàipear aige modail sìmplidh airson ro-innse ceimigeachd ann an alloy sònraichte a chruthaicheas fuasgladh cruaidh agus a dhearbhas e le deuchainnean. “Is e na pùdar as-bleith cuid de na meatailtean as cruaidhe a chunnaic daoine,” tha Cordero ag ràdh, a ’toirt fa-near gu bheil deuchainnean a’ sealltainn gu bheil cruas nanoindentation de 21 GPa aig an alloy tungsten-chromium. Tha sin gan dèanamh timcheall air a dhà uiread cho cruaidh sa tha nanoindentation aloidhean stèidhichte air iarann ​​nanocrystalline no tungsten le gràin garbh.

Feumaidh meatailteachd sùbailteachd

Anns na co-chruinneachaidhean alloy tungstain-chromium-iarann ​​​​fìnealta a rinn e sgrùdadh, thog na aloidhean an iarann ​​​​bho sgrìobadh nam meadhanan bleith stàilinn agus vial aig àm bleith ball àrd-lùth. “Ach tha e a’ tionndadh a-mach gum faod sin a bhith na sheòrsa de rud math cuideachd, leis gu bheil e coltach gu bheil e a ’luathachadh dùmhlachd aig teòthachd ìosal, a lughdaicheas an ùine a dh’ fheumas tu a chaitheamh aig na teodhachd àrd sin a dh ’fhaodadh leantainn gu droch atharrachaidhean ann am microstructure," Tha Cordero a’ mìneachadh. “Is e an rud mòr a bhith sùbailte agus ag aithneachadh chothroman ann am meatailteachd.”

Tha pellet alloy meatailt teann na shuidhe ri taobh pùdar meatailt iarann ​​​​tungsten-chromium mar a tha air a bleith ann am bàta a thathas a’ cleachdadh airson na meatailtean a chuideam. Bithear a’ cleachdadh na bàlaichean stàilinn gus na meatailtean a dheformachadh ann am muileann ball làn lùth. Cliù: Denis Paiste / Ionad Giullachd Stuthan
Cheumnaich Cordero bho MIT ann an 2010 le baidsealair ann am fiosaig agus bha e ag obair airson bliadhna aig Lawrence Berkeley National Lab. An sin, bha e air a bhrosnachadh leis an luchd-obrach innleadaireachd a dh’ ionnsaich bho ghinealach nas tràithe de mheatailtich a rinn crucibles sònraichte gus plutonium a chumail airson Pròiseact Manhattan aig àm an Dàrna Cogaidh. “Le bhith a’ cluinntinn an seòrsa stuth air an robh iad ag obair thug sin toileachas mòr dhomh agus dèidheil air giollachd mheatailtean. Tha e cuideachd na fhìor spòrs,” tha Cordero ag ràdh. Ann am fo-chuspairean saidheans stuthan eile, tha e ag ràdh, “Chan fheum thu fùirneis fhosgladh aig 1,000 C, agus rudeigin fhaicinn a’ deàrrsadh dearg teth. Chan fhaigh thu stuth teas-làimhseachadh.” Tha e an dùil crìoch a chuir air a PhD ann an 2015.

Ged a tha an obair a th’ aige an-dràsta ag amas air tagraidhean structarail, thathas cuideachd a’ cleachdadh an seòrsa giullachd pùdar a bhios e a’ dèanamh airson stuthan magnetach a dhèanamh. “Faodar tòrr den fhiosrachadh agus den eòlas a chuir an sàs ann an rudan eile,” tha e ag ràdh. “Ged is e meatailteachd structarail traidiseanta a tha seo, faodaidh tu an meatailteachd seann-sgoile seo a chuir an sàs ann an stuthan sgoile ùr.”