Նոր վոլֆրամի համաձուլվածքները, որոնք մշակվում են MIT-ի Schuh Group-ում, կարող են պոտենցիալ փոխարինել սպառված ուրանին զրահապատ արկերում: Նյութերագիտության և ճարտարագիտության չորրորդ կուրսի ուսանող Զաքարի Ք. Կորդերոն աշխատում է ցածր թունավորության, բարձր ամրության և բարձր խտության նյութի վրա՝ սպառված ուրանը կառուցվածքային ռազմական կիրառություններում փոխարինելու համար: Աղտոտված ուրանը պոտենցիալ վտանգ է ներկայացնում զինվորների և քաղաքացիական անձանց առողջության համար: «Դա է այն փոխարինելու փորձի շարժառիթը», - ասում է Կորդերոն:

Նորմալ վոլֆրամը սնկի տակ կհայտնվի կամ կթուլանա հարվածի դեպքում, ինչը հնարավոր վատթարագույն արդյունքն է: Այսպիսով, խնդիրն այն է, որ մշակվի մի համաձուլվածք, որը կարող է համապատասխանել հյուծված ուրանի աշխատանքին, որն ինքնին սրվում է, քանի որ կտրում է նյութը և պահպանում է սուր քիթ ներթափանցող-թիրախ միջերեսում: «Վոլֆրամն ինքնին բացառիկ ուժեղ և կարծր է: Մենք դրեցինք այլ համաձուլվածքային տարրեր՝ այն պատրաստելու համար, որպեսզի կարողանանք այն համախմբել այս զանգվածային օբյեկտի մեջ», - ասում է Կորդերոն:

Քրոմի և երկաթի հետ վոլֆրամի համաձուլվածքը (W-7Cr-9Fe) զգալիորեն ավելի ամուր է, քան առևտրային վոլֆրամի համաձուլվածքները, հայտնում է Կորդերոն՝ ավագ հեղինակի և Նյութերի գիտության և ճարտարագիտության բաժնի ղեկավար Քրիստոֆեր Ա. Շուի և գործընկերների հետ Metallurgical and Materials ամսագրում: Գործարքներ Ա. Բարելավումը ձեռք է բերվել մետաղի փոշիները խտացնելով դաշտային օժանդակությամբ սինթրեվող տաք մամլիչում, լավագույն արդյունքով, որը չափվում է նուրբ հատիկի կառուցվածքով և ամենաբարձր կարծրությամբ, որը ձեռք է բերվել 1 րոպե մշակման ժամանակ 1200 աստիճան Ցելսիուսում: Ավելի երկար մշակման ժամանակները և ավելի բարձր ջերմաստիճանները հանգեցրին ավելի կոպիտ հատիկների և ավելի թույլ մեխանիկական աշխատանքի: Համահեղինակներն էին MIT-ի ճարտարագիտության և նյութերի գիտության ասպիրանտ Մանսու Պարկը, Օք Ռիջի ասպիրանտ Էմիլի Լ. Հասկինսը, Բոյս նահանգի դոցենտ Մեգան Ֆրարին և ասպիրանտ Սթիվեն Լայվերսը և Army Research Laboratory-ի մեխանիկական ինժեներ և թիմի ղեկավար Բրայան Է. Շուստերը: Կատարվել են նաև վոլֆրամ-քրոմ-երկաթի համաձուլվածքի ենթածավալ բալիստիկ փորձարկումներ։

«Եթե դուք կարող եք պատրաստել կամ նանոկառուցվածքային կամ ամորֆ մեծածավալ վոլֆրամ (համաձուլվածք), այն իսկապես պետք է լինի իդեալական բալիստիկ նյութ», - ասում է Կորդերոն: Կորդերոն, որը բնիկ Բրիջուոթեր, Նյու Ջերսի նահանգում, ստացել է Ազգային պաշտպանության գիտության և ճարտարագիտության (NDSEG) կրթաթոշակ 2012 թվականին Օդային ուժերի Գիտական ​​հետազոտությունների գրասենյակի միջոցով: Նրա հետազոտությունները ֆինանսավորվում են ԱՄՆ պաշտպանության սպառնալիքների նվազեցման գործակալության կողմից:

Հացահատիկի ծայրահեղ նուրբ կառուցվածք

«Իմ նյութերը պատրաստելու ձևը փոշու մշակումն է, որտեղ սկզբում մենք պատրաստում ենք նանոբյուրեղային փոշի, այնուհետև այն համախմբում ենք զանգվածային առարկայի մեջ: Բայց խնդիրն այն է, որ համախմբումը պահանջում է նյութը ավելի բարձր ջերմաստիճանի ենթարկել», - ասում է Կորդերոն: Համաձուլվածքները բարձր ջերմաստիճանի տաքացնելը կարող է հանգեցնել մետաղի մեջ հատիկների կամ առանձին բյուրեղային տիրույթների մեծացման, ինչը թուլացնում է դրանք: Cordero-ին հաջողվեց հասնել 130 նանոմետրի չափազանց նուրբ հատիկի կառուցվածքի W-7Cr-9Fe կոմպակտում, որը հաստատվեց էլեկտրոնային միկրոգրաֆներով: «Փոշու վերամշակման այս ճանապարհն օգտագործելով՝ մենք կարող ենք մեծ նմուշներ պատրաստել մինչև 2 սանտիմետր տրամագծով, կամ կարող ենք գնալ ավելի մեծ՝ 4 ԳՊա (գիգապասկալ) դինամիկ սեղմման ուժերով: Այն, որ մենք կարող ենք այս նյութերը պատրաստել՝ օգտագործելով մասշտաբային գործընթաց, գուցե ավելի տպավորիչ է»,- ասում է Կորդերոն:

«Այն, ինչ մենք փորձում ենք անել որպես խումբ, այն է, որ մեծաքանակ իրեր պատրաստենք նուրբ նանոկառուցվածքներով: Պատճառն այն է, որ մենք ցանկանում ենք դա այն է, որ այս նյութերն ունեն շատ հետաքրքիր հատկություններ, որոնք կարող են օգտագործվել բազմաթիվ ծրագրերում», - ավելացնում է Կորդերոն:

Բնության մեջ չի հայտնաբերվել

Cordero-ն նաև ուսումնասիրել է նանոմաշտաբով միկրոկառուցվածքներով մետաղական համաձուլվածքների փոշիների ուժը Acta Materialia ամսագրում: Կորդերոն, ավագ հեղինակ Շուհի հետ, օգտագործեց և՛ հաշվարկային սիմուլյացիաները, և՛ լաբորատոր փորձերը՝ ցույց տալու համար, որ մետաղների համաձուլվածքները, ինչպիսիք են վոլֆրամը և քրոմը, նույն սկզբնական հզորությամբ, հակված են միատարրացման և ավելի ամուր վերջնական արդյունքի, մինչդեռ սկզբնական մեծ ուժով մետաղների համակցությունները չեն համապատասխանում այդպիսիներին: քանի որ վոլֆրամը և ցիրկոնիումը հակված էին ավելի թույլ համաձուլվածք արտադրել մեկից ավելի փուլերով:

«Բարձր էներգիայի գնդիկավոր ֆրեզման գործընթացը պրոցեսների ավելի մեծ ընտանիքի օրինակներից մեկն է, երբ դուք դեֆորմացնում եք նյութը, որպեսզի նրա միկրոկառուցվածքը մղվի տարօրինակ ոչ հավասարակշռության վիճակի: Իրականում լավ շրջանակ չկա դուրս եկող միկրոկառուցվածքը կանխատեսելու համար, ուստի շատ անգամ դա փորձություն և սխալ է: Մենք փորձում էինք հեռացնել էմպիրիզմը համաձուլվածքների նախագծումից, որոնք կձևավորեն մետակայուն պինդ լուծում, որը ոչ հավասարակշռված փուլի օրինակ է», - բացատրում է Կորդերոն:

«Դուք արտադրում եք այս ոչ հավասարակշռության փուլերը, բաներ, որոնք սովորաբար չէիք տեսնի ձեզ շրջապատող աշխարհում, բնության մեջ՝ օգտագործելով այս իսկապես ծայրահեղ դեֆորմացիոն գործընթացները», - ասում է նա: Բարձր էներգիայի գնդիկավոր ֆրեզման գործընթացը ներառում է մետաղի փոշիների կրկնակի կտրումը, իսկ խուզումը մղում է համաձուլվածքի տարրերը միախառնման, մինչդեռ մրցակցային, ջերմային ակտիվացված վերականգնման գործընթացները թույլ են տալիս համաձուլվածքին վերադառնալ իր հավասարակշռության վիճակին, որը շատ դեպքերում փուլային տարանջատումն է: . «Ուրեմն այս երկու գործընթացների միջև կա այս մրցակցությունը», - բացատրում է Կորդերոն: Նրա աշխատությունը առաջարկել է պարզ մոդել՝ տվյալ համաձուլվածքի մեջ քիմիան կանխատեսելու համար, որը կձևավորի պինդ լուծույթ և հաստատեց այն փորձերի միջոցով: «Աղացած փոշիները մարդկանց տեսած ամենադժվար մետաղներից են», - ասում է Կորդերոն՝ նշելով, որ թեստերը ցույց են տվել, որ վոլֆրամ-քրոմ համաձուլվածքն ունի 21 ԳՊա նանոինտացիաների կարծրություն: Դա նրանց մոտ կրկնապատկում է երկաթի վրա հիմնված նանոբյուրեղային համաձուլվածքների կամ խոշոր հատիկավոր վոլֆրամի նանոինտացիոն կարծրությունը:

Մետաղագործությունը պահանջում է ճկունություն

Նրա ուսումնասիրած վոլֆրամ-քրոմ-երկաթի համաձուլվածքի ծայրահեղ նուրբ հատիկավոր կոմպակտներում, համաձուլվածքները երկաթը վերցրել են պողպատե հղկման միջավայրի և սրվակի քայքայումից բարձր էներգիայի գնդիկավոր ֆրեզման ժամանակ: «Բայց պարզվում է, որ դա կարող է նաև լավ բան լինել, քանի որ թվում է, թե այն արագացնում է խտացումը ցածր ջերմաստիճաններում, ինչը նվազեցնում է այն ժամանակի քանակը, որը դուք պետք է անցկացնեք բարձր ջերմաստիճաններում, ինչը կարող է հանգեցնել միկրոկառուցվածքի վատ փոփոխությունների»: Կորդերոն բացատրում է. «Մեծ բանը մետաղագործության մեջ ճկուն լինելն է և հնարավորությունների ճանաչումը»:

Կորդերոն ավարտել է MIT-ը 2010 թվականին՝ ստանալով ֆիզիկայի բակալավրի կոչում և մեկ տարի աշխատել Լոուրենս Բերքլիի ազգային լաբորատորիայում: Այնտեղ նա ոգեշնչված էր ինժեներական անձնակազմից, ովքեր սովորել էին ավելի վաղ սերնդի մետալուրգներից, որոնք հատուկ կարասներ էին պատրաստում Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ընթացքում Մանհեթենի նախագծի համար պլուտոնիում պահելու համար: «Լսելով այնպիսի նյութեր, որոնց վրա նրանք աշխատում էին, ինձ շատ ոգևորեց և հետաքրքրվեց մետաղների մշակմամբ: Դա նաև պարզապես շատ զվարճալի է», - ասում է Կորդերոն: Նյութերագիտության այլ ենթագիտություններում նա ասում է. «Դուք չեք կարող բացել վառարանը 1000 C ջերմաստիճանում և տեսնել շիկացած շիկացած մի բան: Դուք չեք հասցնում ջերմային մշակել իրերը»: Նա ակնկալում է, որ ասպիրանտուրան կավարտի 2015 թվականին։

Չնայած նրա ներկայիս աշխատանքը կենտրոնացած է կառուցվածքային կիրառությունների վրա, փոշու վերամշակման տեսակը, որը նա անում է, օգտագործվում է նաև մագնիսական նյութեր պատրաստելու համար: «Բազմաթիվ տեղեկատվություն և գիտելիքներ կարող են օգտագործվել այլ բաների վրա», - ասում է նա: «Թեև սա ավանդական կառուցվածքային մետալուրգիա է, դուք կարող եք կիրառել այս հին դպրոցական մետալուրգիան նոր դպրոցական նյութերի վրա»: