Nouvo alyaj tengstèn yo ap devlope nan gwoup Schuh nan MIT kapab ranplase iranyòm apovri nan pwojektil ki pèse blende yo. Zachary C. Cordero, etidyan diplome nan syans materyèl ak jeni katriyèm ane, ap travay sou materyèl ki ba toksisite, gwo fòs ak gwo dansite pou ranplase iranyòm apovri nan aplikasyon militè estriktirèl. Iranyòm appauvri poze yon danje sante potansyèl pou sòlda ak sivil yo. "Se sa ki motivasyon pou eseye ranplase li," Cordero di.

Tengstèn nòmal ta djondjon oswa blunt sou enpak, pèfòmans ki pi mal la posib. Se konsa, defi a se yo devlope yon alyaj ki ka matche ak pèfòmans nan iranyòm appauvri, ki vin pwòp tèt ou-file kòm li koupe materyèl epi kenbe yon nen byen file nan koòdone nan penetrator-sib. "Tungstène pou kont li se eksepsyonèlman fò ak difisil. Nou mete nan lòt eleman alyaj pou fè li pou nou ka konsolide li nan objè sa a esansyèl, "Cordero di.

Yon alyaj tengstèn ak chromium ak fè (W-7Cr-9Fe) te siyifikativman pi fò pase alyaj tengstèn komèsyal yo, Cordero te rapòte nan yon papye ak otè ansyen ak Depatman Syans Materyèl ak Jeni tèt Christopher A. Schuh ak kòlèg li yo nan jounal la metaliji ak materyèl. Tranzaksyon A. Amelyorasyon an te reyalize pa konpak poud metal yo nan yon laprès cho sintering asistans jaden, ak pi bon rezilta, mezire pa estrikti nan grenn amann ak pi wo dite, reyalize nan yon tan pwosesis nan 1 minit nan 1,200 degre Sèlsiyis. Tan pwosesis ki pi long ak tanperati ki pi wo te mennen nan pi gwo grenn ak pi fèb pèfòmans mekanik. Ko-otè yo enkli Mansoo Park, etidyan diplome nan jeni ak syans materyèl MIT, Emily L. Huskins, parèy postdoktoral Oak Ridge, Pwofesè Asosye Eta Boise Megan Frary ak etidyan gradye Steven Livers, ak enjenyè mekanik nan Laboratwa Rechèch Lame ak lidè ekip Brian E. Schuster. Tès balistik sub-echèl alyaj tengstèn-chromium-fè yo te fèt tou.

"Si ou ka fè swa nanostructured oswa amorphe tengstèn esansyèl (alyaj), li ta dwe reyèlman yon materyèl balistik ideyal," Cordero di. Cordero, yon natif natal nan Bridgewater, NJ, te resevwa yon Fellowship Syans ak Jeni Defans Nasyonal (NDSEG) an 2012 atravè Biwo Rechèch Syantifik Air Force. Rechèch li yo finanse pa Ajans Rediksyon Menas Defans Ameriken an.

Ultrafine estrikti grenn

"Fason ke mwen fè materyèl mwen yo se ak pwosesis poud kote premye nou fè poud nanokristalin epi apre nou konsolide li nan yon objè esansyèl. Men, defi a se ke konsolidasyon mande pou ekspoze materyèl la nan tanperati ki pi wo, "Cordero di. Chofaj alyaj yo nan tanperati ki wo ka lakòz grenn yo, oswa domèn endividyèl kristal, nan metal la elaji, ki febli yo. Cordero te kapab reyalize ultrafine estrikti grenn nan apeprè 130 nanomèt nan kontra enfòmèl ant W-7Cr-9Fe, konfime pa mikrograf elèktron. "Sèvi ak wout pwosesis poud sa a, nou ka fè gwo echantiyon jiska 2 santimèt an dyamèt, oswa nou ta ka ale pi gwo, ak fòs konpresiv dinamik nan 4 GPa (gigapascals). Lefèt ke nou ka fè materyèl sa yo lè l sèvi avèk yon pwosesis évolutive se petèt menm plis enpresyonan, "Cordero di.

“Sa nou ap eseye fè kòm yon gwoup se fè bagay esansyèl ak nanostruktur amann. Rezon ki fè nou vle sa a se paske materyèl sa yo gen pwopriyete trè enteresan ki kapab itilize nan anpil aplikasyon," ajoute Cordero.

Pa jwenn nan lanati

Cordero te egzamine tou fòs poud alyaj metal yo ak microstructures nano-echèl nan yon jounal Acta Materialia. Cordero, ak ansyen otè Schuh, te itilize tou de simulation enfòmatik ak eksperyans laboratwa yo montre ke alyaj nan metal tankou tengstèn ak chromium ki gen menm fòs inisyal yo te gen tandans omojeneize ak pwodwi yon pwodwi fen pi fò, tandiske konbinezon metal ak yon gwo fòs inisyal dezakò tankou. kòm tengstèn ak zirkonyòm gen tandans pwodwi yon alyaj pi fèb ak plis pase yon faz prezan.

"Pwosesis fraisage boul gwo enèji se youn egzanp yon fanmi pi gwo nan pwosesis kote ou defòme èk la soti nan materyèl pou kondui mikrostruktur li nan yon eta ki pa ekilib etranj. Pa gen yon bon fondasyon reyèlman pou predi mikrostruktur ki soti, kidonk anpil fwa sa a se esè ak erè. Nou t ap eseye retire anpiris nan konsepsyon alyaj ki pral fòme yon solisyon solid metastab, ki se yon egzanp yon faz ki pa ekilib," Cordero eksplike.

"Ou pwodwi faz sa yo ki pa ekilib, bagay ou pa ta nòmalman wè nan mond lan bò kote ou, nan lanati, lè l sèvi avèk pwosesis deformation vrèman ekstrèm sa yo," li te di. Pwosesis fraisage boul wo-enèji enplike repete taye poud metal yo ak taye lenn kondi eleman alyaj yo melanje pandan y ap fè konpetisyon, pwosesis rekiperasyon aktive tèmik pèmèt alyaj la retounen nan eta ekilib li, ki nan anpil ka se faz separe. . "Se konsa, gen konpetisyon sa a ant de pwosesis sa yo," Cordero eksplike. Papye li a te pwopoze yon modèl senp pou predi chimi nan yon alyaj bay ki pral fòme yon solisyon solid epi valide li ak eksperyans. "Poudres tankou moulen yo se kèk nan metal ki pi di ke moun te wè," Cordero di, sonje tès yo te montre alyaj tengstèn-chromium la gen yon dite nanoindentation nan 21 GPa. Sa fè yo apeprè doub dite nanoindentation nan alyaj nanokristalin ki baze sou fè oswa tengstèn koryas-grenn.

Metaliji mande pou fleksibilite

Nan ultrafine grenn tengstèn-chromium-fè alyaj konpak li etidye, alyaj yo ranmase fè a soti nan fwotman nan medya yo fanm k'ap pile asye ak flakon pandan gwo-enèji boul fraisage. "Men, li sanble ke sa kapab tou yon bon bagay, paske li sanble li akselere densifikasyon nan tanperati ki ba, ki diminye kantite tan ou dwe pase nan tanperati ki wo sa yo ki ta ka mennen nan chanjman move nan mikrostruktur." Cordero eksplike. "Gwo bagay la se fleksib ak rekonèt opòtinite nan metaliji."

Cordero te gradye nan MIT an 2010 ak yon lisans nan fizik epi li te travay pou yon ane nan Lawrence Berkeley National Lab. La, li te enspire pa anplwaye jeni yo ki te aprann nan men yon jenerasyon metalurgis pi bonè ki te fè kreze espesyal pou kenbe plitonyòm pou Pwojè Manhattan pandan Dezyèm Gè Mondyal la. "Lè m tande kalite bagay yo t ap travay sou yo, mwen te eksite anpil e mwen te renmen pwosesis metal yo. Se jis anpil plezi tou,” Cordero di. Nan lòt sous-disiplin syans materyèl, li di, "Ou pa jwenn yo louvri yon gwo founo dife nan 1,000 C, epi wè yon bagay klere wouj cho. Ou pa jwenn tretman chalè." Li espere fini PhD li an 2015.

Malgre ke travay li ye kounye a konsantre sou aplikasyon estriktirèl, ki kalite pwosesis poud li ap fè yo itilize tou pou fè materyèl mayetik. "Anpil enfòmasyon ak konesans yo ka aplike nan lòt bagay," li te di. "Menm si sa a se metaliji estriktirèl tradisyonèl, ou ka aplike metaliji ansyen lekòl sa a nan materyèl nouvo lekòl."