alloy tungsten anyar keur dimekarkeun di Schuh Grup di MIT berpotensi bisa ngaganti uranium depleted dina projectiles armor-piercing. Kaopat-taun bahan elmu jeung rékayasa mahasiswa pascasarjana Zachary C. Cordero berpungsi dina low-toksik, kakuatan tinggi, bahan dénsitas luhur pikeun ngaganti uranium depleted dina aplikasi militér struktural. Depleted uranium nyababkeun bahaya kaséhatan pikeun prajurit sareng sipil. "Éta motivasi pikeun ngagentos éta," saur Cordero.

Tungsten normal bakal supa atawa Blunt on dampak, kinerja awon mungkin. Janten tangtanganna nyaéta pikeun ngembangkeun alloy anu tiasa cocog sareng kinerja uranium anu rusak, anu janten ngasah diri nalika ngagunting bahan sareng ngajaga irung anu seukeut dina antarmuka target-penetrator. "Tungsten sorangan luar biasa kuat tur teuas. Kami nempatkeun unsur-unsur paduan anu sanés supados urang tiasa ngahijikeun kana obyék bulk ieu, ”saur Cordero.

A alloy tungsten kalawan kromium jeung beusi (W-7Cr-9Fe) éta nyata kuat ti alloy tungsten komérsial, Cordero dilaporkeun dina makalah kalawan pangarang senior jeung Departemen Élmu Bahan sarta Téknik sirah Christopher A. Schuh sareng kolega Anjeun dina jurnal Metalurgi jeung Bahan. Transaksi A. Perbaikan ieu dihontal ku compacting powders logam dina sintering panas pencét widang-ditulungan, jeung hasil pangalusna, diukur ku struktur sisikian rupa jeung karasa pangluhurna, kahontal dina waktu processing 1 menit dina 1.200 darajat Celsius. Waktu ngolah anu langkung panjang sareng suhu anu langkung luhur nyababkeun séréal anu langkung kasar sareng kinerja mékanis anu langkung lemah. Co-panulis kaasup MIT rékayasa jeung bahan élmu mahasiswa lulusan Mansoo Park, Oak Ridge postdoctoral sasama Emily L. Huskins, Boise Propinsi Associate Professor Megan Frary jeung mahasiswa pascasarjana Steven Lives, sarta Tentara Panalungtikan Laboratorium insinyur mékanis jeung pamimpin tim Brian E. Schuster. Uji balistik sub-skala tina alloy tungsten-kromium-beusi ogé parantos dilakukeun.

"Upami anjeun tiasa ngadamel tungsten bulk nanostructured atanapi amorf (alloy), éta kedah janten bahan ngamuk idéal," saur Cordero. Cordero, pituin Bridgewater, NJ, nampi ukhuwah Ilmu Pertahanan Nasional sareng Téknik (NDSEG) di 2012 ngalangkungan Kantor Angkatan Udara Panalungtikan Ilmiah. Panalitianana dibiayaan ku Badan Pangurangan Ancaman Pertahanan AS.

Struktur sisikian ultrafine

"Cara kuring ngadamel bahan-bahan kuring nyaéta kalayan pamrosésan bubuk dimana mimitina urang ngadamel bubuk nanocrystalline teras urang ngahijikeun kana obyék bulk. Tapi tangtanganna nyaéta konsolidasi butuh ngalaan bahan kana suhu anu langkung luhur, ”saur Cordero. Pemanasan alloy kana suhu anu luhur tiasa nyababkeun séréal, atanapi domain kristalin individu, dina logam ngagedean, anu ngaleuleuskeunana. Cordero éta bisa ngahontal struktur sisikian ultrafine ngeunaan 130 nanométer dina W-7Cr-9Fe kompak, dikonfirmasi ku micrographs éléktron. "Nganggo jalur pamrosesan bubuk ieu, urang tiasa ngadamel conto ageung dugi ka diaméterna 2 séntiméter, atanapi urang tiasa langkung ageung, kalayan kakuatan compressive dinamis 4 GPa (gigapascals). Kanyataan yén urang tiasa ngadamel bahan-bahan ieu nganggo prosés anu tiasa diskalakeun sigana langkung narik, ”saur Cordero.

"Anu urang nyobian ngalakukeun salaku grup nyaéta nyieun hal bulk kalawan nanostructures rupa. Alesan anu urang hoyongkeun nyaéta kusabab bahan-bahan ieu gaduh sipat anu pikaresepeun pisan anu tiasa dianggo dina seueur aplikasi, ”tambah Cordero.

Teu kapanggih di alam

Cordero ogé nalungtik kakuatan bubuk alloy logam jeung microstructures nanoscale dina kertas jurnal Acta Materialia. Cordero, sareng pangarang senior Schuh, ngagunakeun simulasi komputasi sareng percobaan laboratorium pikeun nunjukkeun yén alloy logam sapertos tungsten sareng kromium kalayan kakuatan awal anu sami condong homogenisasi sareng ngahasilkeun produk akhir anu langkung kuat, sedengkeun kombinasi logam kalayan kakuatan awal anu teu cocog sapertos kitu. sakumaha tungsten na zirconium condong ngahasilkeun alloy lemah sareng leuwih ti hiji fase hadir.

"Prosés panggilingan bola énergi tinggi mangrupikeun conto tina prosés kulawarga anu langkung ageung dimana anjeun ngarobih bahan pikeun ngadorong mikrostrukturna kana kaayaan anu henteu kasatimbangan. Henteu aya kerangka anu saé pikeun ngaramalkeun struktur mikro anu kaluar, janten sering kali ieu trial and error. Kami nyobian ngaleungitkeun empirisisme tina ngarancang alloy anu bakal ngabentuk solusi padet metastabil, anu mangrupikeun conto fase non-kasaimbangan, "jelas Cordero.

"Anjeun ngahasilkeun fase non-kasaimbangan ieu, hal-hal anu anjeun henteu biasa ningali di dunya di sabudeureun anjeun, di alam, ngagunakeun prosés deformasi anu ekstrim ieu," saur anjeunna. Prosés panggilingan bola-énergi tinggi ngalibatkeun geser-ulang bubuk logam jeung geseran nyetir elemen alloying ka intermix bari competing, prosés recovery thermally-diaktipkeun ngidinan alloy balik deui ka kaayaan kasatimbangan na, nu dina loba kasus nyaeta fase misahkeun. . "Jadi aya kompetisi ieu antara dua prosés ieu," Cordero ngécéskeun. Makalahna ngusulkeun modél saderhana pikeun ngaduga kimia dina alloy anu dipasihkeun anu bakal ngabentuk solusi anu padet sareng disahkeun ku percobaan. "The powders salaku-giling mangrupakeun sababaraha logam hardest yén jalma geus katempo," Cordero nyebutkeun, noting tés némbongkeun alloy tungsten-kromium ngabogaan karasa nanoindentation of 21 GPa. Éta ngajadikeun aranjeunna ngeunaan dua kali karasa nanoindentation tina alloy basis beusi nanocrystalline atawa tungsten kasar-grained.

Metallurgy merlukeun kalenturan

Dina ultrafine sisikian tungsten-kromium-beusi alloy compacts anjeunna diulik, nu alloy ngajemput beusi ti abrasion tina baja grinding média jeung vial salila-énergi tinggi ball panggilingan. "Tapi tétéla éta ogé tiasa janten hal anu saé, sabab sigana ngagancangkeun dénsitas dina suhu anu rendah, anu ngirangan jumlah waktos anu anjeun kedah nyéépkeun dina suhu anu luhur anu tiasa nyababkeun parobihan anu goréng dina mikrostruktur," Cordero ngajelaskeun. "Hal anu ageung nyaéta fleksibel sareng ngakuan kasempetan dina metalurgi."

Pelet alloy logam anu dipadatkan aya di gigireun bubuk logam beusi tungsten-kromium anu digiling dina parahu anu dianggo pikeun timbangan logam. Bal baja dipaké pikeun deformasi logam dina ball mill énergi tinggi. kiridit: Denis Paiste / Bahan Processing Center
Cordero lulusan MIT di 2010 sareng sarjana fisika sareng damel sataun di Lawrence Berkeley National Lab. Di dinya, anjeunna diideuan ku staf rékayasa anu diajar ti generasi saméméhna metallurgists anu nyieun crucibles husus nahan plutonium keur Manhattan Project salila Perang Dunya II. "Ngupingkeun jinis barang anu aranjeunna digarap ngajantenkeun kuring bungah pisan sareng getol ngolah logam. Éta ogé ngan ukur kasenangan, ”saur Cordero. Dina sub-disiplin élmu bahan séjén, manéhna nyebutkeun, "Anjeun teu meunang muka tungku dina 1.000 C, sarta ningali hal glowing beureum panas. Anjeun teu meunang ngapanaskeun barang-barang. Anjeunna ngarepkeun réngsé PhD-Na di 2015.

Sanaos karyana ayeuna fokus kana aplikasi struktural, jinis pamrosésan bubuk anu anjeunna lakukeun ogé dianggo pikeun ngadamel bahan magnét. "Seueur inpormasi sareng pangaweruh tiasa dilarapkeun kana hal-hal sanés," saur anjeunna. "Sanaos ieu metalurgi struktural tradisional, anjeun tiasa nerapkeun metalurgi sakola lami ieu kana bahan sakola énggal."