Nei Wolframlegierungen, déi an der Schuh Group um MIT entwéckelt ginn, kéinten potenziell entarmt Uran an Panzerpiercing Projektilen ersetzen. Véiert-Joer Material Wëssenschaft an Ingenieur Graduéierter Schüler Zachary C. Cordero schafft op niddereg toxicity, héich-Kraaft, héich-Dicht Material fir Ersatz vun entarmt Uran an strukturell militäresch Uwendungen. Verarmt Uran stellt eng potenziell Gesondheetsrisiko fir Zaldoten an Zivilisten aus. "Dat ass d'Motivatioun fir et ze ersetzen", seet de Cordero.

Normal Wolfram géif mushroom oder stompegen op Impakt, déi schlëmmst méiglech Leeschtung. Also ass d'Erausfuerderung eng Legierung z'entwéckelen déi mat der Leeschtung vum entschäerften Uran entsprécht, wat selbstschärft gëtt wéi et Material ofgeschnidden an eng scharf Nues um Penetrator-Zil-Interface behält. "Wolfram eleng ass aussergewéinlech staark an haart. Mir setzen aner Legierungselementer fir et ze maachen, fir datt mir et an dëse Bulkobjekt konsolidéiere kënnen ", seet de Cordero.

Eng Wolframlegierung mat Chrom an Eisen (W-7Cr-9Fe) war wesentlech méi staark wéi kommerziell Wolframlegierungen, bericht Cordero an engem Pabeier mat Senior Autor an Departement fir Materialwëssenschaften an Ingenieurschef Christopher A. Schuh a Kollegen an der Zäitschrëft Metallurgical and Materials Transaktiounen A. D'Verbesserung gouf erreecht andeems d'Metallpudder an enger Feld-assistéierter Sinterpresse kompriméiert ginn, mat dem beschte Resultat, gemooss vun der feinkornstruktur an der héchster Härtheet, erreecht bei enger Veraarbechtungszäit vun 1 Minutt bei 1.200 Grad Celsius. Méi laang Veraarbechtungszäiten a méi héich Temperaturen hunn zu méi gréissere Kären a méi schwaach mechanesch Leeschtung gefouert. Co-Auteuren abegraff MIT Ingenieur a Material Wëssenschaft Graduéierter Student Mansoo Park, Oak Ridge Postdoctoral Matbierger Emily L. Huskins, Boise State Associé Professer Megan Frary a Graduéierter Student Steven Livers, an Army Research Laboratory mechanesch Ingenieur an Teamleader Brian E. Schuster. Ënner-Skala ballistesch Tester vun der Wolfram-Chrom-Eisenlegierung goufen och gemaach.

"Wann Dir entweder nanostrukturéiert oder amorph Bulk Wolfram (Legierung) maache kënnt, sollt et wierklech en idealt ballistescht Material sinn", seet de Cordero. Cordero, gebierteg vu Bridgewater, NJ, krut eng National Defense Science and Engineering (NDSEG) Fellowship am 2012 duerch de Air Force Office of Scientific Research. Seng Fuerschung gëtt vun der US Defense Threat Reduction Agency finanzéiert.

Ultrafine Kärstruktur

"De Wee wéi ech meng Materialien maachen ass mat Pulververaarbechtung, wou mir als éischt nanokristallin Pudder maachen an dann an e Bulkobjekt konsolidéieren. Awer d'Erausfuerderung ass datt d'Konsolidéierung erfuerdert datt d'Material méi héich Temperaturen ausgesat ass, "seet de Cordero. D'Heizung vun den Legierungen op héich Temperaturen kann d'Kären, oder eenzel kristallin Domänen, am Metall vergréisseren, wat se schwächt. Cordero konnt eng ultrafein Kärstruktur vun ongeféier 130 Nanometer am W-7Cr-9Fe kompakt erreechen, bestätegt duerch Elektronenmikrographen. "Mat dëser Pulververaarbechtungsroute kënne mir grouss Proben bis zu 2 Zentimeter Duerchmiesser maachen, oder mir kéinte méi grouss ginn, mat dynamesche Kompressiounsstäerkten vu 4 GPa (Gigapascal). D'Tatsaach datt mir dës Materialien mat engem skalierbare Prozess kënne maachen ass vläicht nach méi beandrockend ", seet de Cordero.

"Wat mir probéieren als Grupp ze maachen ass bulk Saachen mat feine Nanostrukturen ze maachen. De Grond firwat mir dat wëllen ass well dës Materialien ganz interessant Eegeschaften hunn, déi vu potenziellen Notzung a villen Uwendungen sinn ", füügt Cordero derbäi.

Net an der Natur fonnt

Cordero huet och d'Kraaft vun Metalllegierungspulver mat nanoskala Mikrostrukturen an engem Acta Materialia Journalpabeier ënnersicht. De Cordero, mam Senior Autor Schuh, huet souwuel computational Simulatioune wéi och Laborexperimenter benotzt fir ze weisen datt Legierungen vu Metalle wéi Wolfram a Chrom mat ähnlechen initialen Stäerkten tendéieren ze homogeniséieren an e méi staarkt Ennprodukt ze produzéieren, wärend Kombinatioune vu Metaller mat enger grousser initialer Stäerkt Mëssverständnis wéi z. wéi Wolfram an Zirkonium éischter eng méi schwaach Legierung mat méi wéi enger Phase präsent ze produzéieren.

"De Prozess vun der Héichenergie Kugelfräsen ass e Beispill vun enger méi grousser Famill vu Prozesser, an deenen Dir den Heck aus Material deforméiert fir seng Mikrostruktur an e komeschen Net-Gläichgewiichtszoustand ze féieren. Et gëtt kee gudde Kader wierklech fir d'Mikrostruktur virauszesoen déi erauskënnt, also vill Mol ass dëst Versuch a Feeler. Mir hu probéiert den Empirismus aus dem Design vun Legierungen ze entfernen, déi eng metastabil zolidd Léisung bilden, wat e Beispill vun enger net-Gläichgewiichtphase ass, "erkläert Cordero.

"Dir produzéiert dës Net-Gläichgewiichtphasen, Saachen déi Dir normalerweis net an der Welt ronderëm Iech géift gesinn, an der Natur, andeems Dir dës wierklech extrem Deformatiounsprozesser benotzt," seet hien. De Prozess vun der Héichenergie Kugelfräsen involvéiert widderholl Schéier vun de Metallpulver mat der Schéier, déi d'Legierungselementer dréit fir ze vermëschen wärend konkurréiere, thermesch aktivéiert Erhuelungsprozesser erlaben d'Legierung zréck an säi Gläichgewiichtszoustand, wat a ville Fäll Phase getrennt ass. . "Also gëtt et dës Konkurrenz tëscht dësen zwee Prozesser," erkläert Cordero. Säi Pabeier huet en einfache Modell proposéiert fir Chemie an enger bestëmmter Legierung virauszesoen déi eng zolidd Léisung bilden an et mat Experimenter validéiert. "Déi als gemoolt Pulver sinn e puer vun den haardsten Metaller déi d'Leit gesinn hunn," seet de Cordero, bemierkt datt Tester weisen datt d'Wolfram-Chromlegierung eng Nanoindentatiounshärkeet vun 21 GPa huet. Dat mécht se ongeféier duebel der Nanoindentatiounshärkeet vun nanokristallin Eisen-baséiert Legierungen oder grober-grained Wolfram.

Metallurgie erfuerdert Flexibilitéit

An den ultrafeine Kär Wolfram-Chrom-Eisen-Legierungskompakten, déi hien studéiert huet, hunn d'Legierungen d'Eisen aus Abrasioun vun de Stahlschleifmedien a Fläsch während der Héichenergie Kugelfräsen opgeholl. "Awer et stellt sech eraus datt dat och eng gutt Saach ka sinn, well et ausgesäit wéi wann et Verdichtung bei niddregen Temperaturen beschleunegt, wat d'Zäit reduzéiert déi Dir bei deenen héijen Temperaturen verbrénge musst, déi zu schlechte Verännerungen an der Mikrostruktur féieren kënnen." Cordero erkläert. "Déi grouss Saach ass flexibel ze sinn an d'Méiglechkeeten an der Metallurgie z'erkennen."

Cordero Diplom vum MIT am 2010 mat engem Bachelor an der Physik an huet fir e Joer um Lawrence Berkeley National Lab geschafft. Do gouf hien inspiréiert vun den Ingenieurspersonal, déi vun enger fréierer Generatioun vu Metallurgen geléiert hunn, déi speziell Kreeser gemaach hunn fir Plutonium fir de Manhattan Project am Zweete Weltkrich ze halen. "D'Aart vu Saachen ze héieren, un déi se geschafft hunn, huet mech ganz opgereegt a gär op Metallveraarbechtung. Et ass och nëmme vill Spaass", seet de Cordero. An anere Materialwëssenschafts-Ënnerdisziplinnen, seet hien: "Dir kënnt net en Uewen op 1.000 C opmaachen, an eppes rout waarm ze gesinn. Dir kënnt net Saachen Hëtzt behandelen. Hien erwaart seng PhD am Joer 2015 ofzeschléissen.

Och wann seng aktuell Aarbecht op strukturell Uwendungen konzentréiert ass, gëtt d'Aart vu Pudderveraarbechtung déi hien mécht och benotzt fir magnetesch Materialien ze maachen. "Vill vun der Informatioun a Wëssen kënnen op aner Saachen applizéiert ginn," seet hien. "Och wann dëst traditionell strukturell Metallurgie ass, kënnt Dir dës al-Schoul Metallurgie op nei-Schoulmaterialien uwenden."