Aloi mpya za tungsten zinazotengenezwa katika Kikundi cha Schuh huko MIT zinaweza kuchukua nafasi ya urani iliyoisha katika makombora ya kutoboa silaha. Mwanafunzi wa mwaka wa nne aliyehitimu masomo ya sayansi na uhandisi Zachary C. Cordero anashughulikia nyenzo zenye sumu ya chini, zenye nguvu nyingi na zenye msongamano mkubwa ili kuchukua nafasi ya urani iliyoisha katika matumizi ya kijeshi ya miundo. Uranium iliyopungua inaweza kuwa hatari kwa afya kwa askari na raia. "Hiyo ndiyo motisha ya kujaribu kuibadilisha," Cordero anasema.

Tungsten ya kawaida inaweza kuwa uyoga au butu juu ya athari, utendaji mbaya zaidi iwezekanavyo. Kwa hivyo changamoto ni kutengeneza aloi ambayo inaweza kuendana na utendakazi wa uranium iliyoisha, ambayo inakuwa ya kujinoa yenyewe inapokata nyenzo na kudumisha pua kali kwenye kiolesura cha shabaha ya kipenyo. "Tungsten yenyewe ina nguvu ya kipekee na ngumu. Tunaweka vitu vingine vya aloi kuifanya ili tuweze kuiunganisha katika kitu hiki kikubwa, "Cordero anasema.

Aloi ya tungsten yenye chromium na chuma (W-7Cr-9Fe) ilikuwa na nguvu zaidi kuliko aloi za tungsten za kibiashara, Cordero iliripoti kwenye karatasi na mwandishi mkuu na mkuu wa Idara ya Sayansi ya Nyenzo na Uhandisi Christopher A. Schuh na wenzake kwenye jarida la Metallurgiska na Nyenzo. Shughuli A. Maboresho hayo yalifikiwa kwa kuunganisha poda za chuma katika vyombo vya habari vya moto vya kusaidiwa na shamba, na matokeo bora zaidi, yakipimwa kwa muundo mzuri wa nafaka na ugumu wa hali ya juu, uliopatikana kwa muda wa usindikaji wa dakika 1 kwa nyuzi joto 1,200. Muda mrefu zaidi wa usindikaji na halijoto ya juu ulisababisha nafaka mbichi na utendaji dhaifu wa kimitambo. Waandishi-wenza walijumuisha mwanafunzi aliyehitimu uhandisi na vifaa vya sayansi ya MIT, Mansoo Park, Oak Ridge mwenzake wa udaktari Emily L. Huskins, Profesa Mshiriki wa Jimbo la Boise Megan Frary na mwanafunzi aliyehitimu Steven Livers, na mhandisi wa mitambo wa Maabara ya Utafiti ya Jeshi na kiongozi wa timu Brian E. Schuster. Vipimo vidogo vya balistiki vya aloi ya tungsten-chromium-chuma pia vimefanywa.

"Ikiwa unaweza kutengeneza tungsten (aloi) yenye muundo wa nano au amofasi, inapaswa kuwa nyenzo bora kabisa," Cordero anasema. Cordero, mzaliwa wa Bridgewater, NJ, alipokea Ushirika wa Kitaifa wa Sayansi ya Ulinzi na Uhandisi (NDSEG) mnamo 2012 kupitia Ofisi ya Jeshi la Anga la Utafiti wa Kisayansi. Utafiti wake unafadhiliwa na Shirika la Kupunguza Tishio la Ulinzi la Merika.

Muundo wa nafaka wa hali ya juu

"Njia ninavyotengeneza nyenzo zangu ni kwa usindikaji wa poda ambapo kwanza tunatengeneza unga wa nanocrystalline na kisha tunaunganisha kuwa kitu kikubwa. Lakini changamoto ni kwamba ujumuishaji unahitaji kuweka nyenzo kwenye joto la juu, "Cordero anasema. Kupokanzwa kwa aloi kwa joto la juu kunaweza kusababisha nafaka, au nyanja za fuwele za mtu binafsi, ndani ya chuma kuongezeka, ambayo huwadhoofisha. Cordero iliweza kufikia muundo wa nafaka wa hali ya juu wa takriban nanomita 130 katika unganisho wa W-7Cr-9Fe, uliothibitishwa na maikrografu ya elektroni. "Kwa kutumia njia hii ya kuchakata poda, tunaweza kutengeneza sampuli kubwa za kipenyo cha hadi sentimita 2, au tunaweza kuwa kubwa zaidi, kwa nguvu za kubana za 4 GPa (gigapascals). Ukweli kwamba tunaweza kutengeneza vifaa hivi kwa kutumia mchakato hatari labda ni wa kuvutia zaidi, "Cordero anasema.

"Tunachojaribu kufanya kama kikundi ni kutengeneza vitu vingi na muundo mzuri wa nano. Sababu tunataka kufanya hivyo ni kwa sababu nyenzo hizi zina mali ya kuvutia sana ambayo inaweza kutumika katika programu nyingi, "anaongeza Cordero.

Haipatikani katika asili

Cordero pia alichunguza uimara wa poda za aloi za chuma na miundo midogo midogo katika jarida la Acta Materialia. Cordero, pamoja na mwandishi mkuu Schuh, walitumia uigaji wa hesabu na majaribio ya maabara ili kuonyesha kwamba aloi za metali kama vile tungsten na chromium zilizo na nguvu sawa za awali zilielekea kubadilika na kutoa bidhaa yenye mwisho yenye nguvu, ilhali michanganyiko ya metali yenye nguvu kubwa ya awali hailingani. kwani tungsten na zirconium zilielekea kutoa aloi dhaifu na zaidi ya awamu moja iliyopo.

"Mchakato wa kusaga mpira wa nishati ya juu ni mfano mmoja wa familia kubwa ya michakato ambayo unaharibu nyenzo ili kuendesha muundo wake mdogo hadi katika hali ya kushangaza isiyo na usawa. Hakuna mfumo mzuri wa kutabiri muundo mdogo unaotoka, kwa hivyo mara nyingi hii ni majaribio na makosa. Tulikuwa tunajaribu kuondoa ujasusi kutoka kwa kubuni aloi ambazo zitaunda suluhisho dhabiti linaloweza kubadilika, ambayo ni mfano mmoja wa awamu isiyo ya usawa," Cordero anaelezea.

"Unazalisha awamu hizi zisizo za usawa, vitu ambavyo hungeona kwa kawaida katika ulimwengu unaokuzunguka, kwa asili, kwa kutumia michakato hii ya uharibifu uliokithiri," anasema. Mchakato wa kusaga mpira wa nishati ya juu unahusisha ukataji wa mara kwa mara wa poda za chuma na ukataji huendesha vipengele vya aloi kuchanganya wakati wa kushindana, michakato ya uokoaji iliyowashwa na joto huruhusu aloi kurejea katika hali yake ya usawa, ambayo mara nyingi ni kutenganisha kwa awamu. . "Kwa hivyo kuna ushindani huu kati ya michakato hii miwili," Cordero anaelezea. Karatasi yake ilipendekeza mfano rahisi wa kutabiri kemia katika aloi iliyotolewa ambayo itaunda suluhisho thabiti na kuithibitisha kwa majaribio. "Poda zilizosagwa ni baadhi ya metali ngumu zaidi ambazo watu wameona," Cordero anasema, akibainisha vipimo vilionyesha aloi ya tungsten-chromium ina ugumu wa nanoindentation wa 21 GPa. Hiyo inazifanya kuwa karibu mara mbili ya ugumu wa nanoindentation wa aloi za chuma zenye nanocrystalline au tungsten yenye punje konde.

Metallurgy inahitaji kubadilika

Katika miunganisho ya aloi ya nafaka ya tungsten-chromium-chuma ambayo alisoma, aloi hizo zilichukua chuma kutokana na mkwaruzo wa vyombo vya habari vya kusaga chuma na bakuli wakati wa kusaga mpira wenye nishati nyingi. "Lakini zinageuka kuwa hiyo pia inaweza kuwa jambo zuri, kwa sababu inaonekana kama inaharakisha msongamano kwa joto la chini, ambayo inapunguza muda unaopaswa kutumia kwenye joto la juu ambalo linaweza kusababisha mabadiliko mabaya katika muundo mdogo," Cordero anaeleza. "Jambo kubwa ni kubadilika na kutambua fursa katika madini."

Cordero alihitimu kutoka MIT mnamo 2010 na bachelor katika fizikia na alifanya kazi kwa mwaka katika Lawrence Berkeley National Lab. Huko, alitiwa moyo na wafanyikazi wa uhandisi ambao walijifunza kutoka kwa kizazi cha mapema cha wataalam wa madini ambao walitengeneza crucibles maalum kushikilia plutonium kwa Mradi wa Manhattan wakati wa Vita vya Kidunia vya pili. "Kusikia aina ya vitu walivyokuwa wakifanyia kazi kulinifurahisha sana na kutamani uchakataji wa metali. Pia ni jambo la kufurahisha,” Cordero anasema. Katika vifaa vingine vya taaluma ya sayansi, anasema, "Huwezi kufungua tanuru kwa 1,000 C, na kuona kitu kinachowaka nyekundu. Huwezi kupata vitu vya kutibu joto." Anatarajia kumaliza PhD yake mnamo 2015.

Ingawa kazi yake ya sasa inalenga matumizi ya muundo, aina ya usindikaji wa poda anayofanya pia hutumiwa kutengeneza nyenzo za sumaku. "Taarifa nyingi na maarifa yanaweza kutumika kwa mambo mengine," anasema. "Ingawa hii ni madini ya kimuundo ya kitamaduni, unaweza kutumia madini haya ya shule ya zamani kwa vifaa vya shule mpya."