MITдеги Schuh тобунда иштелип жаткан вольфрамдын жаңы эритмелери курал-жарактарды тешип өтүүчү снаряддардагы түгөнгөн уранды алмаштыра алат. Төртүнчү курстун материал таануу жана инженерия аспиранты Захари С. Кордеро структуралык аскердик колдонмолордо азайып кеткен урандын ордун толтуруу үчүн уулуулугу аз, бекем жана тыгыздыгы жогору материалдын үстүндө иштеп жатат. Түгөнгөн уран аскерлердин жана жарандардын ден соолугуна коркунуч келтирет. Кордеро мындай дейт: "Бул аны алмаштырууга аракет кылуу үчүн түрткү болду".

Кадимки вольфрам козу карындай болуп, же такыр тийип, эң начар иштеши мүмкүн. Ошентип, маселе – материалды кырккан сайын өзүн-өзү курчутуп, кирүүчү менен максаттуу тилкеде курч мурдун кармап турган түгөнгөн урандын көрсөткүчтөрүнө дал келе турган эритме иштеп чыгуу. «Вольфрам өзү эле өзгөчө күчтүү жана катуу. Биз аны ушул жапырт объектке бириктирүү үчүн башка легирленген элементтерди киргиздик ”, - дейт Кордеро.

Хром жана темир (W-7Cr-9Fe) менен вольфрам эритмеси коммерциялык вольфрам эритмелеринен бир топ күчтүүрөөк болгон, деп Кордеро улук жазуучу жана Материал таануу жана инженерия бөлүмүнүн башчысы Кристофер А. Шух жана Металлургиялык жана материалдар журналында кесиптештери менен бир макалада билдирди. Транзакциялар A. Жакшыртуу металл порошокторун талаанын жардамы менен агломерациялоочу ысык прессте ныктоо аркылуу жетишилди. 1200 градус Цельсийде 1 мүнөттүк иштетүү убагында жетишилген майда бүртүкчөлөрүнүн түзүлүшү жана эң жогорку катуулугу менен өлчөнгөн эң жакшы натыйжа. Узак иштетүү убакыттары жана жогорку температура дандардын одоно болушуна жана механикалык көрсөткүчтөрдүн начарлашына алып келди. Кош-авторлор арасында MIT инженериясы жана материал таануу факультетинин аспиранты Мансу Парк, Оук Ридждеги докторант Эмили Л. Хускинс, Бойс штатынын доценти Меган Фрри жана аспирант Стивен Ливерс, Армия изилдөө лабораториясынын инженер-механики жана команданын лидери Брайан Э. Шустер бар. Ошондой эле вольфрам-хром-темир эритмеси боюнча чакан масштабдагы баллистикалык сыноолор өткөрүлдү.

"Эгер сиз наноструктуралуу же аморфтук вольфрамды (эритмесин) жасай алсаңыз, анда ал чындап эле идеалдуу баллистикалык материал болушу керек" дейт Кордеро. Кордеро, Бриджуотер штатынын тургуну, 2012-жылы Аба күчтөрүнүн Илимий изилдөөлөр кеңсеси аркылуу Улуттук коргонуу илими жана инженериясы (NDSEG) стипендиясын алган. Анын изилдөөлөрү АКШнын Коргонуу коркунучун азайтуу агенттиги тарабынан каржыланат.

Ультра майда дан түзүмү

«Мен өзүмдүн материалдарымды жасоо ыкмасы – бул порошок иштетүү, анда биз адегенде нанокристаллдык порошок жасап, андан кийин аны жапырт объектке бириктиребиз. Бирок кыйынчылык - консолидация материалды жогорку температурага дуушар кылууну талап кылат ", - дейт Кордеро. Эритмелерди жогорку температурага чейин ысытуу металлдын ичиндеги дандардын же айрым кристаллдык домендердин чоңоюшуна алып келиши мүмкүн, бул аларды алсыратат. Кордеро W-7Cr-9Fe компактында 130 нанометрге жакын ультра майда дан структурасына жетише алды, бул электрондук микрографтар менен тастыкталган. «Бул порошок иштетүү жолун колдонуу менен биз диаметри 2 сантиметрге чейинки чоң үлгүлөрдү жасай алабыз же 4 GPa (гигапаскаль) динамикалык кысуу күчү менен чоңураак кете алабыз. Бул материалдарды масштабдуу процесстин жардамы менен жасай алганыбыз, балким, андан да таасирдүү болушу мүмкүн ", - дейт Кордеро.

«Биз топ катары жасоого аракет кылып жаткан нерсебиз — эң сонун наноструктуралар менен жапырт нерселерди жасоо. Биз муну каалап жатканыбыздын себеби, бул материалдар көптөгөн колдонмолордо колдонула турган абдан кызыктуу касиеттерге ээ”, - деп кошумчалайт Кордеро.

Табиятта кездешпейт

Кордеро ошондой эле Acta Materialia журналында наноөлчөмдүү микроструктуралары бар металл эритмесинин порошоктарынын күчүн изилдеген. Кордеро, улук жазуучу Шух менен бирге, вольфрам жана хром сыяктуу металлдардын эритмелери гомогендештирүүгө жана күчтүү акыркы продуктуну чыгарууга тенденциясын көрсөтүү үчүн эсептөө симуляцияларын жана лабораториялык эксперименттерди колдонду, ал эми баштапкы күчтүүлүгү чоң металлдардын айкалыштары дал келбестигин көрсөттү. вольфрам жана цирконий бирден ашык фазасы бар алсыз эритмени чыгарууга ыкташкан.

«Жогорку энергиялуу шарды фрезерлөө процесси материалдын микроструктурасын кызыктай тең салмактуу эмес абалга алып келүү үчүн деформацияланган процесстердин чоң үй-бүлөсүнө бир мисал. Чыгып жаткан микроструктураны алдын ала айтуу үчүн чындыгында жакшы негиз жок, андыктан бул көп жолу сыноо жана ката. Биз метастабилдүү катуу эритмени түзө турган эритмелерди долбоорлоодо эмпиризмди алып салууга аракет кылдык, бул тең салмактуу эмес фазанын бир мисалы», - деп түшүндүрөт Кордеро.

"Сиз бул теңсалмактуу эмес фазаларды, адатта сизди курчап турган дүйнөдө, табиятта көрбөй турган нерселерди, бул чындап эле экстремалдык деформация процесстерин колдонуп, өндүрөсүз" дейт ал. Жогорку энергиялуу шариктерди фрезерлөө процесси металл порошокторун кайра-кайра кыркууну камтыйт, легирлөөчү элементтерди бири-бирине аралаштыруу менен атаандашкан кезде, термикалык активдештирилген калыбына келтирүү процесстери эритмеге өзүнүн тең салмактуулук абалына кайтууга мүмкүндүк берет, ал көп учурларда фаза менен бөлүнөт. . "Демек, бул эки процесстин ортосунда бул атаандаштык бар", - деп түшүндүрөт Кордеро. Анын кагазы катуу эритмени түзө турган берилген эритмедеги химияны болжолдоо үчүн жөнөкөй моделди сунуштаган жана аны эксперименттер менен тастыктаган. Кордеро тесттер вольфрам-хром эритмеси 21 ГПа наноинденттик катуулугун көрсөткөнүн белгилеп: "Тезгирленген порошок адамдар көргөн эң катуу металлдардын бири" дейт. Бул нанокристаллдык темир негизиндеги эритмелердин же орой бүртүкчөлүү вольфрамдын наноиденттүү катуулугун эки эсеге көбөйтөт.

Металлургия ийкемдүүлүктү талап кылат

Ал изилдеген ультра майда дан вольфрам-хром-темир эритмесинин компакттарында, эритмелер темирди болот майдалоочу чөйрөнүн жана флакондун абразиясынан жогорку энергия менен фрезерлөө учурунда алды. "Бирок бул жакшы нерсе болушу мүмкүн, анткени ал төмөнкү температурада тыгыздашууну тездетет окшойт, бул микроструктуранын начар өзгөрүшүнө алып келиши мүмкүн болгон жогорку температурада өткөрө турган убакытыңызды азайтат" Кордеро түшүндүрөт. "Эң чоң нерсе ийкемдүү болуу жана металлургиядагы мүмкүнчүлүктөрдү таануу."

Ысталган металл эритмеси гранул металлдарды таразалоо үчүн колдонулган кайыкта фрезерленген вольфрам-хром темир металл порошоктарынын жанында отурат. Болот шарлар жогорку энергиялуу шар тегирменде металлдарды деформациялоо үчүн колдонулат. Кредит: Денис Пайст / Материалдарды иштетүү борбору
Кордеро 2010-жылы MITди физика боюнча бакалавр даражасы менен бүтүрүп, Лоуренс Беркли Улуттук лабораториясында бир жыл иштеген. Ал жерде ал Экинчи дүйнөлүк согуш учурунда Манхэттен долбоору үчүн плутонийди кармоо үчүн атайын тигелдерди жасаган металлургдардын мурунку муундагылардан үйрөнгөн инженердик кызматкерлерден шыктанган. «Алар иштеп жаткан нерселерди угуп, мени абдан толкундантты жана металлдарды иштетүүгө кызыктым. Бул дагы абдан кызыктуу ”, - дейт Кордеро. Материал таануунун башка бөлүмдөрүндө ал мындай дейт: “Сиз 1000 С температурада мешти ачып, кызарып күйүп турган нерсени көрө албайсыз. Сиз буюмдарды жылуулук менен иштете албайсыз». Ал 2015-жылы докторлук диссертациясын бүтүрүүнү күтүүдө.

Анын учурдагы иши структуралык колдонмолорго багытталганы менен, ал жасап жаткан порошоктун түрү магниттик материалдарды жасоо үчүн да колдонулат. "Көп маалымат жана билимди башка нерселерге колдонсо болот" дейт ал. "Бул салттуу структуралык металлургия болсо да, сиз бул эски металлургияны жаңы мектептин материалдарына колдоно аласыз."