MIT मा Schuh समूहमा विकसित भइरहेको नयाँ टंगस्टन मिश्रहरूले सम्भावित रूपमा कवच-छेड्ने प्रोजेक्टाइलहरूमा समाप्त भएको युरेनियमलाई प्रतिस्थापन गर्न सक्छ। चौथो वर्षको सामग्री विज्ञान र ईन्जिनियरिङ् स्नातक विद्यार्थी Zachary C. Cordero संरचनात्मक सैन्य अनुप्रयोगहरूमा घटेको युरेनियम प्रतिस्थापन गर्न कम-विषाक्तता, उच्च-शक्ति, उच्च-घनत्व सामग्रीमा काम गर्दै हुनुहुन्छ। कम भएको युरेनियमले सिपाही र नागरिकहरूको लागि सम्भावित स्वास्थ्य खतरा निम्त्याउँछ। "यसलाई प्रतिस्थापन गर्ने प्रयासको प्रेरणा हो," Cordero भन्छन्।

सामान्य टंगस्टनले प्रभावमा मशरूम वा ब्लन्ट हुनेछ, सबैभन्दा खराब सम्भावित प्रदर्शन। त्यसोभए चुनौती भनेको समाप्त भएको युरेनियमको कार्यसम्पादनसँग मिल्दोजुल्दो मिश्र धातुको विकास गर्नु हो, जुन आत्म-शार्पनिंग हुन्छ किनकि यसले सामग्रीलाई काट्छ र पेनिट्रेटर-लक्ष्य इन्टरफेसमा तीखो नाक कायम राख्छ। "टंगस्टन आफैंमा असाधारण रूपमा बलियो र कडा छ। हामीले यसलाई बनाउनका लागि अन्य मिश्रित तत्वहरू राख्छौं ताकि हामी यसलाई यो बल्क वस्तुमा समेकित गर्न सकौं, "कोर्डेरो भन्छन्।

क्रोमियम र फलाम (W-7Cr-9Fe) भएको टंगस्टन मिश्र व्यापारिक टंगस्टन मिश्र धातुहरू भन्दा उल्लेखनीय रूपमा बलियो थियो, Cordero ले वरिष्ठ लेखक र सामग्री विज्ञान र इन्जिनियरिङ विभाग प्रमुख क्रिस्टोफर ए शुह र मेटलर्जिकल र सामग्री जर्नलका सहकर्मीहरूसँगको एक पेपरमा रिपोर्ट गरे। लेनदेन A. सुधार एक क्षेत्र-सहायता मा धातु पाउडर कम्प्याक्ट गरेर हासिल गरिएको थियो sintering तातो प्रेस, राम्रो परिणाम संग, राम्रो अन्न संरचना र उच्चतम कठोरता द्वारा मापन, 1,200 डिग्री सेल्सियस मा 1 मिनेट को एक प्रशोधन समयमा प्राप्त। लामो प्रशोधन समय र उच्च तापक्रमले मोटो दाना र कमजोर मेकानिकल कार्यसम्पादन निम्त्यायो। सह-लेखकहरूमा एमआईटी इन्जिनियरिङ् र सामग्री विज्ञान स्नातक विद्यार्थी मनसु पार्क, ओक रिज पोस्टडक्टोरल फेलो एमिली एल हस्किन्स, बोइस स्टेट एसोसिएट प्रोफेसर मेगन फ्रेरी र स्नातक विद्यार्थी स्टीवन लिभर्स, र सेना अनुसन्धान प्रयोगशाला मेकानिकल इन्जिनियर र टोली नेता ब्रायन ई शस्टर समावेश थिए। टंगस्टन-क्रोमियम-फलाम मिश्रको उप-स्केल ब्यालिस्टिक परीक्षणहरू पनि गरिएको छ।

"यदि तपाईं या त न्यानोस्ट्रक्चर्ड वा अमोर्फस बल्क टंगस्टन (मिश्र धातु) बनाउन सक्नुहुन्छ, यो वास्तवमै एक आदर्श ब्यालिस्टिक सामग्री हुनुपर्छ," Cordero भन्छन्। Bridgewater, NJ को ​​मूल निवासी Cordero, वैज्ञानिक अनुसन्धान को वायु सेना कार्यालय मार्फत 2012 मा राष्ट्रिय रक्षा विज्ञान र इन्जिनियरिङ् (NDSEG) फेलोशिप प्राप्त गरे। उनको अनुसन्धान अमेरिकी रक्षा खतरा न्यूनीकरण एजेन्सी द्वारा वित्त पोषित छ।

अल्ट्राफाइन अनाज संरचना

"मैले मेरो सामग्री बनाउने तरिका पाउडर प्रशोधनको साथ हो जहाँ हामी पहिले नैनोक्रिस्टलाइन पाउडर बनाउँछौं र त्यसपछि हामी यसलाई बल्क वस्तुमा समेकित गर्छौं। तर चुनौती यो हो कि समेकनका लागि सामग्रीलाई उच्च तापक्रममा पर्दाफास गर्न आवश्यक छ, "कोर्डेरो भन्छन्। मिश्र धातुहरूलाई उच्च तापक्रममा तताउँदा धातु भित्रको दाना, वा व्यक्तिगत क्रिस्टलीय डोमेनहरू ठूलो हुन सक्छ, जसले तिनीहरूलाई कमजोर बनाउँछ। Cordero ले इलेक्ट्रोन माइक्रोग्राफ द्वारा पुष्टि भएको W-7Cr-9Fe कम्प्याक्टमा लगभग 130 न्यानोमिटरको अल्ट्राफाइन ग्रेन संरचना प्राप्त गर्न सक्षम थियो। "यस पाउडर प्रशोधन मार्ग प्रयोग गरेर, हामी व्यास मा 2 सेन्टिमिटर सम्म ठूला नमूनाहरू बनाउन सक्छौं, वा हामी 4 GPa (gigapascals) को गतिशील कम्प्रेसिभ शक्ति संग ठूलो जान सक्छौं। हामीले स्केलेबल प्रक्रिया प्रयोग गरेर यी सामग्रीहरू बनाउन सक्छौं भन्ने तथ्य सायद अझ प्रभावशाली छ, "कोर्डेरो भन्छन्।

"हामी समूहको रूपमा के गर्न कोशिस गर्दैछौं भनेको राम्रो न्यानोस्ट्रक्चरको साथ थोक चीजहरू बनाउनु हो। हामी यो चाहानुको कारण यो हो कि यी सामग्रीहरूमा धेरै रोचक गुणहरू छन् जुन धेरै अनुप्रयोगहरूमा सम्भावित प्रयोगको हुन्छ," Cordero थप्छ।

प्रकृतिमा पाइँदैन

Cordero ले एक Acta Materialia जर्नल पेपरमा nanoscale microstructures को साथ धातु मिश्र धातु पाउडर को बल को जाँच गर्यो। Cordero, वरिष्ठ लेखक Schuh संग, दुबै कम्प्युटेशनल सिमुलेशन र प्रयोगशाला प्रयोगहरू प्रयोग गरे कि समान प्रारम्भिक शक्तिहरु संग टंगस्टन र क्रोमियम जस्ता धातुहरु को मिश्र धातुहरु एकरूपता र बलियो अन्त उत्पादन को उत्पादन गर्न को लागी झुकाव को लागी, जबकि एक ठूलो प्रारम्भिक शक्ति बेमेल संग धातुहरु को संयोजन जस्तै। जसरी टंगस्टन र जिरकोनियमले एकभन्दा बढी फेज रहेको कमजोर मिश्र धातु उत्पादन गर्ने प्रवृत्ति राखेको थियो।

"उच्च-ऊर्जा बल मिलिङको प्रक्रिया प्रक्रियाहरूको ठूलो परिवारको एउटा उदाहरण हो जसमा तपाईंले यसको माइक्रोस्ट्रक्चरलाई अनौठो गैर-सन्तुलन अवस्थामा चलाउन सामग्रीको हेकलाई विकृत गर्नुहुन्छ। बाहिर आउने माइक्रोस्ट्रक्चरको भविष्यवाणी गर्नको लागि वास्तवमा राम्रो फ्रेमवर्क छैन, त्यसैले धेरै पटक यो परीक्षण र त्रुटि हो। हामीले मेटास्टेबल ठोस समाधान बनाउने मिश्र धातुहरू डिजाइन गर्नबाट अनुभववाद हटाउन प्रयास गरिरहेका थियौं, जुन गैर-संतुलन चरणको एउटा उदाहरण हो, "कोर्डेरो बताउँछन्।

"तपाईले यी गैर-संतुलन चरणहरू उत्पादन गर्नुहुन्छ, जुन चीजहरू तपाइँ सामान्यतया तपाइँको वरपरको संसारमा देख्नुहुन्न, प्रकृतिमा, यी वास्तवमै चरम विकृति प्रक्रियाहरू प्रयोग गरेर," उनी भन्छन्। उच्च-ऊर्जा बल मिलिङको प्रक्रियामा धातुको पाउडरको बारम्बार कतर्न समावेश हुन्छ र प्रतिस्पर्धा गर्दा मिश्रित तत्वहरूलाई आपसमा मिलाउन चलाउँछ, थर्मली-सक्रिय रिकभरी प्रक्रियाहरूले मिश्रलाई आफ्नो सन्तुलन अवस्थामा फर्कन अनुमति दिन्छ, जुन धेरै अवस्थामा फेज अलग हुन्छ। । "त्यसोभए यी दुई प्रक्रियाहरू बीच यो प्रतिस्पर्धा छ," Cordero बताउँछ। उसको पेपरले दिइएको मिश्र धातुमा रसायनशास्त्रको भविष्यवाणी गर्न एक सरल मोडेल प्रस्ताव गर्‍यो जसले ठोस समाधान बनाउँदछ र यसलाई प्रयोगहरूको साथ प्रमाणित गर्दछ। "जस्तै मिल्ड पाउडरहरू मानिसहरूले देखेका केही कडा धातुहरू हुन्," Cordero भन्छन्, परीक्षणहरूले देखाएको छ कि टंगस्टन-क्रोमियम मिश्र धातुको न्यानोइन्डेन्टेसन कठोरता 21 GPa छ। यसले तिनीहरूलाई न्यानोक्रिस्टलाइन फलाममा आधारित मिश्र वा मोटे-दानायुक्त टंगस्टनको नानोइन्डेन्टेसन कठोरतालाई दोब्बर बनाउँछ।

धातु विज्ञानलाई लचिलोपन चाहिन्छ

उनले अध्ययन गरेका अल्ट्राफाइन ग्रेन टंगस्टन-क्रोमियम-फलाम मिश्र धातु कम्प्याक्टहरूमा, मिश्र धातुहरूले उच्च-ऊर्जा बल मिलिङको समयमा स्टिल ग्राइंडिङ मिडिया र शीशीको घर्षणबाट फलाम उठाए। "तर यो एक प्रकारको राम्रो कुरा पनि हुन सक्छ, किनकि यसले कम तापक्रममा घनत्व बढाउँछ, जसले माइक्रोस्ट्रक्चरमा नराम्रो परिवर्तन ल्याउन सक्ने उच्च तापक्रममा तपाईंले खर्च गर्नुपर्ने समयलाई कम गर्छ।" Cordero व्याख्या। "ठूलो कुरा लचिलो हुनु र धातु विज्ञानमा अवसरहरू पहिचान गर्नु हो।"

कर्डेरोले 2010 मा एमआईटीबाट भौतिकशास्त्रमा स्नातक गरे र लरेन्स बर्कले राष्ट्रिय प्रयोगशालामा एक वर्ष काम गरे। त्यहाँ, उनी इन्जिनियरिङ स्टाफबाट प्रेरित थिए जसले दोस्रो विश्वयुद्धको समयमा म्यानहट्टन परियोजनाको लागि प्लुटोनियम समात्न विशेष क्रुसिबल बनाउने धातुविद्हरूको अघिल्लो पुस्ताबाट सिकेका थिए। "उनीहरूले काम गरिरहेका सामानहरू सुनेर मलाई धेरै उत्साहित र धातुहरू प्रशोधन गर्न उत्सुक भयो। यो पनि धेरै रमाइलो छ," Cordero भन्छन्। अन्य सामग्री विज्ञान उप-विषयहरूमा, उहाँ भन्नुहुन्छ, "तपाईंले 1,000 C मा भट्टी खोल्न पाउँदैन, र केहि चम्किलो रातो तातो देख्न सक्नुहुन्न। तपाईं गर्मी उपचार सामान प्राप्त गर्नुहुन्न।" उनले २०१५ मा पीएचडी पूरा गर्ने अपेक्षा गरेका छन्।

यद्यपि उनको हालको काम संरचनात्मक अनुप्रयोगहरूमा केन्द्रित छ, उसले गरिरहेको पाउडर प्रशोधनको प्रकार पनि चुम्बकीय सामग्री बनाउन प्रयोग गरिन्छ। "धेरै जानकारी र ज्ञान अन्य चीजहरूमा लागू गर्न सकिन्छ," उनी भन्छन्। "यद्यपि यो परम्परागत संरचनात्मक धातु विज्ञान हो, तपाईले यो पुरानो-विद्यालय धातु विज्ञानलाई नयाँ-विद्यालय सामग्रीहरूमा लागू गर्न सक्नुहुन्छ।"