Хӯлаҳои нави вольфрам, ки дар гурӯҳи Schuh дар MIT таҳия карда мешаванд, метавонанд эҳтимолан урани харобшударо дар снарядҳои зиреҳпӯш иваз кунанд. Донишҷӯи соли чоруми факултети материалшиносӣ ва муҳандисии муҳандисӣ Захари С. Кордеро дар болои маводи заҳролудшавии кам, қувват ва зичии баланд барои иваз кардани урани харобшуда дар барномаҳои низомии сохторӣ кор мекунад. Урани нобудшуда барои саломатии сарбозон ва ғайринизомиён хатари эҳтимолӣ дорад. "Ин ангезаи кӯшиши иваз кардани он аст" мегӯяд Кордеро.

Вольфрами муқаррарӣ ҳангоми зарба занбӯруғ мекунад ё кунд мекунад, ин бадтарин иҷрои имконпазир аст. Ҳамин тавр, мушкилот таҳияи як хӯлаест, ки метавонад ба иҷрои урани тамомшуда мувофиқат кунад, ки ҳангоми буридани мавод худ тез тез мешавад ва бинии тезро дар интерфейси воридшаванда ва ҳадаф нигоҳ медорад. «Вольфрам худ аз худ бениҳоят қавӣ ва сахт аст. Мо дигар унсурҳои хӯлакунандаро ба он дохил кардем, то онро дар ин объекти умумӣ муттаҳид созем ”мегӯяд Кордеро.

Хӯлаи волфрам бо хром ва оҳан (W-7Cr-9Fe) нисбат ба хӯлаҳои волфрами тиҷоратӣ ба таври назаррас қавӣ буд, Cordero дар як мақола бо муаллифи калон ва сардори Раёсати илм ва муҳандисӣ Кристофер А. Шух ва ҳамкорони маҷаллаи Metallurgical and Materials гузориш додааст. Амалиёт A. Беҳбудӣ тавассути фишурдани хокаҳои металлӣ дар пресси гарми саҳроӣ ба даст оварда шуд. натиҷаи беҳтарин, ки аз рӯи сохтори донаҳои хуб ва сахтии баландтарин чен карда мешавад, дар вақти коркарди 1 дақиқа дар 1200 дараҷа гарм ба даст омадааст. Мӯҳлати коркарди тӯлонӣ ва ҳарорати баланд боиси дағалонатар шудани донаҳо ва суст шудани кори механикӣ гардид. Ҳаммуаллифон шогирди аспиранти муҳандисии MIT ва материалшиносии MIT Мансу Парк, ҳамкори баъдидоктории Оук Ридж Эмили Л. Ҳускинс, дотсент дар штати Бойс Меган Фрэрӣ ва аспирант Стивен Ливерс ва муҳандиси механикии Лабораторияи тадқиқотии артиш ва роҳбари гурӯҳ Брайан Э. Шустер буданд. Санҷишҳои зермиқёси баллистикии хӯлаи вольфрам-хром-оҳан низ гузаронида шуданд.

Кордеро мегӯяд: "Агар шумо метавонед вольфрами наноструктураи ё аморфӣ (хӯла) созед, он дар ҳақиқат бояд як маводи беҳтарини баллистикӣ бошад". Кордеро, зодаи Бриҷюотер, Ню Йорк, соли 2012 тавассути Идораи таҳқиқоти илмии нерӯҳои ҳавоӣ стипендияи Миллии Илм ва Муҳандисии Мудофиа (NDSEG) гирифт. Тадқиқоти ӯ аз ҷониби Агентии ИМА оид ба коҳиши таҳдидҳои мудофиа маблағгузорӣ мешавад.

Сохтори донаҳои ултранафис

"Усуле, ки ман маводҳои худро истеҳсол мекунам, коркарди хока аст, ки дар он аввал мо хокаи нанокристаллӣ месозем ва сипас онро ба як объекти умумӣ муттаҳид мекунем. Аммо душворӣ дар он аст, ки муттаҳидшавӣ ба ҳароратҳои баландтар дучор кардани маводро талаб мекунад ”мегӯяд Кордеро. Гарм кардани хӯлаҳо ба ҳарорати баланд метавонад боиси калон шудани донаҳо ё доменҳои инфиродии кристаллӣ дар дохили металл гардад, ки ин онҳоро заиф мекунад. Кордеро тавонист дар паймони W-7Cr-9Fe сохтори ғалладонагиро тақрибан 130 нанометр ба даст орад, ки бо микрографҳои электронӣ тасдиқ карда шудааст. "Бо истифода аз ин масири коркарди хока, мо метавонем намунаҳои калонро бо диаметри то 2 сантиметр созем ё бо қувваҳои фишурдани динамикии 4 GPa (гигапаскал) калонтар шавем. Далели он, ки мо метавонем ин маводҳоро бо истифода аз раванди миқёспазир созем, шояд боз ҳам таъсирбахштар бошад ”мегӯяд Кордеро.

«Он чизе ки мо ҳамчун гурӯҳ кӯшиш мекунем, сохтани чизҳои калон бо наноструктураи хуб аст. Сабаби мо инро мехоҳем, дар он аст, ки ин мавод дорои хосиятҳои хеле ҷолибе мебошанд, ки дар бисёр барномаҳо истифода мешаванд," илова мекунад Кордеро.

Дар табиат пайдо намешавад

Кордеро инчунин дар варақаи маҷаллаи Acta Materialia қувваи хокаҳои хӯлаи металлиро бо микроструктураҳои наносикалӣ тафтиш кард. Кордеро бо муаллифи калон Шух ҳам моделҳои ҳисоббарорӣ ва ҳам таҷрибаҳои лабораториро барои нишон додани он истифода бурданд, ки хӯлаҳои металлҳо ба монанди волфрам ва хром бо қувватҳои аввалия якхела мешаванд ва маҳсулоти ниҳоии қавитар ба вуҷуд меоранд, дар ҳоле ки омезиши металлҳо бо номувофиқатии бузурги қувваи ибтидоӣ чунинанд. зеро вольфрам ва цирконий майл ба тавлиди хӯлаи заифтар бо зиёда аз як фаза вуҷуд доштанд.

"Раванди фрезеркунии тӯбҳои энергияи баланд як мисоли як оилаи калони равандҳост, ки дар он шумо маводро деформатсия мекунед, то микроструктураи онро ба ҳолати аҷиби ғайримувозинат табдил диҳед. Аслан чаҳорчӯбаи хубе барои пешгӯии микроструктураи беруншуда вуҷуд надорад, аз ин рӯ бисёр вақт ин озмоиш ва хато аст. Мо кӯшиш мекардем, ки эмпиризмро аз тарҳрезии хӯлаҳое, ки як маҳлули сахти метастабилро ташкил медиҳанд, бартараф кунем, ки ин як мисоли марҳилаи ғайримувозинатӣ мебошад ”мегӯяд Кордеро.

"Шумо ин марҳилаҳои ғайримувозинатро тавлид мекунед, чизҳоеро, ки шумо одатан дар ҷаҳони атрофатон, дар табиат намебинед, бо истифода аз ин равандҳои деформатсияи воқеан шадид", - мегӯяд ӯ. Раванди фрезеркунии тӯбҳои дорои энергияи баланд буридани такрории хокаҳои металлиро дар бар мегирад, ки буридани элементҳои хӯлакунанда ҳангоми рақобат ба ҳам омехта мешаванд, равандҳои барқарорсозии аз ҷиҳати термикӣ фаъолшуда имкон медиҳанд, ки хӯла ба ҳолати мувозинати худ баргардад, ки дар бисёр мавридҳо марҳила ба марҳила ҷудо карда мешавад. . "Пас, ин рақобат байни ин ду раванд вуҷуд дорад" мефаҳмонад Кордеро. Ҳуҷҷати ӯ модели оддиеро барои пешгӯии химия дар хӯлаи додашуда пешниҳод кард, ки маҳлули сахтро ташкил медиҳад ва онро бо таҷрибаҳо тасдиқ кардааст. Кордеро мегӯяд: "Хокаҳои коркардшуда баъзе аз сахттарин металлҳое мебошанд, ки одамон дидаанд" гуфт Кордеро ва қайд кард, ки озмоишҳо нишон доданд, ки хӯлаи волфрам-хром сахтии наноидентатсия 21 GPa дорад. Ин онҳоро тақрибан дучанд сахтии наноиндентатсия аз хӯлаҳои нанокристалии оҳан ё вольфрам донаи дағал зиёд мекунад.

Металлургия чандилро талаб мекунад

Дар паймонҳои гандумҳои ултранафи волфрам-хром-оҳан, ки ӯ омӯхта буд, хӯлаҳо оҳанро аз абррезии васоити суфтакунандаи пӯлод ва шиша ҳангоми фрезеркунии тӯби энергияи баланд гирифтанд. "Аммо маълум мешавад, ки ин ҳам метавонад як чизи хубе бошад, зеро ба назар чунин мерасад, ки он зичшавиро дар ҳарорати паст суръат мебахшад ва ин миқдори вақти сарф кардани шумо дар ҳароратҳои баландро коҳиш медиҳад, ки метавонад боиси тағирёбии бад дар микроструктура гардад." Кордеро мефаҳмонад. "Чизи бузург чандир будан ва эътироф кардани имкониятҳо дар металлургия аст."

Кордеро соли 2010 MIT-ро бо дараҷаи бакалавр дар физика хатм карда, як сол дар Лабораторияи Миллии Лоуренс Беркли кор кардааст. Дар он ҷо ӯ аз кормандони муҳандисӣ илҳом гирифта, аз насли пешинаи металлургҳо омӯхтанд, ки дар давоми Ҷанги Дуюми Ҷаҳонӣ барои нигоҳ доштани плутоний барои лоиҳаи Манҳеттен тигелҳои махсус сохтанд. "Шунидан, ки онҳо дар рӯи он кор мекарданд, маро хеле ба ҳаяҷон овард ва ба коркарди металлҳо майл кард. Ин ҳам хеле шавқовар аст ”мегӯяд Кордеро. Дар зерфанҳои дигари материалшиносӣ, ӯ мегӯяд: «Шумо наметавонед дар ҳарорати 1000 дараҷа кӯраи оташро кушоед ва чизеро бубинед, ки сурх гарм аст. Шумо чизҳоро бо гармӣ коркард карда наметавонед. ” Вай интизор аст, ки дар соли 2015 рисолаи доктории худро ба итмом расонад.

Гарчанде ки кори кунунии ӯ ба барномаҳои сохторӣ нигаронида шудааст, навъи коркарди хокаи ӯ инчунин барои сохтани маводи магнитӣ истифода мешавад. "Бисёр маълумот ва донишро метавон ба чизҳои дигар татбиқ кард" мегӯяд ӯ. "Гарчанде ки ин металлургияи анъанавии сохторӣ аст, шумо метавонед ин металлургияи кӯҳнаро ба маводҳои мактаби нав истифода баред."