Awọn ohun elo tungsten tuntun ti n dagbasoke ni Ẹgbẹ Schuh ni MIT le rọpo uranium ti o dinku ni awọn iṣẹ akanṣe ihamọra-lilu. Imọ ohun elo ọdun kẹrin ati ọmọ ile-iwe giga ti imọ-ẹrọ Zachary C. Cordero n ṣiṣẹ lori majele-kekere, agbara-giga, ohun elo iwuwo giga fun rirọpo uranium ti o dinku ni awọn ohun elo ologun igbekalẹ. Uranium ti o dinku jẹ eewu ilera ti o pọju si awọn ọmọ ogun ati awọn ara ilu. “Iyẹn ni iwuri fun igbiyanju lati rọpo,” Cordero sọ.

Tungsten deede yoo olu tabi kuloju lori ipa, iṣẹ ṣiṣe ti o buru julọ. Nitorinaa ipenija ni lati ṣe agbekalẹ alloy kan ti o le baamu iṣẹ ti uranium ti o dinku, eyiti o di didan-ara bi o ti nrẹrun ohun elo ati ṣetọju imu imu imu ni wiwo ibi-afẹde. Tungsten funrararẹ lagbara ati lile. A fi awọn eroja alloying miiran sinu lati jẹ ki a le sọ di ohun olopobobo yii, ”Codero sọ.

Alloy tungsten pẹlu chromium ati irin (W-7Cr-9Fe) ni agbara pupọ ju awọn ohun elo tungsten ti iṣowo, Cordero royin ninu iwe kan pẹlu onkọwe agba ati Sakaani ti Imọ-ẹrọ Ohun elo ati Alakoso Imọ-ẹrọ Christopher A. Schuh ati awọn ẹlẹgbẹ ninu iwe akọọlẹ Metallurgical ati Awọn ohun elo Awọn iṣowo A. Imudara naa ti waye nipasẹ sisọpọ awọn irin lulú ni aaye-iranlọwọ sintering gbigbona tẹ, pẹlu abajade ti o dara julọ, ti a ṣe iwọn nipasẹ eto ọkà ti o dara ati lile ti o ga julọ, ti o waye ni akoko processing ti 1 iṣẹju ni 1,200 iwọn Celsius. Awọn akoko sisẹ to gun ati awọn iwọn otutu ti o ga julọ yori si awọn oka ti o pọ ati iṣẹ ṣiṣe alailagbara. Awọn onkọwe pẹlu imọ-ẹrọ MIT ati ọmọ ile-iwe giga ti imọ-jinlẹ Mansoo Park, Oak Ridge postdoctoral elegbe Emily L. Huskins, Boise State Associate Professor Megan Frary ati ọmọ ile-iwe mewa Steven Lives, ati ẹrọ imọ-ẹrọ Iwadi Laboratory Army ati oludari ẹgbẹ Brian E. Schuster. Awọn idanwo ballistic iha-ipele ti tungsten-chromium-iron alloy tun ti ṣe.

"Ti o ba le ṣe boya nanostructured tabi amorphous olopobobo tungsten (alloy), o yẹ ki o jẹ ohun elo ballistic ti o dara julọ," Cordero sọ. Cordero, ọmọ abinibi ti Bridgewater, NJ, gba Imọ-jinlẹ Aabo ti Orilẹ-ede ati Imọ-ẹrọ (NDSEG) ni 2012 nipasẹ Ọfiisi Agbara afẹfẹ ti Iwadi Imọ-jinlẹ. Iwadi rẹ jẹ agbateru nipasẹ Ile-iṣẹ Idinku Irokeke Aabo AMẸRIKA.

Ultrafine ọkà be

“Ọna ti MO ṣe awọn ohun elo mi jẹ pẹlu sisẹ lulú nibiti a ti kọkọ ṣe nanocrystalline lulú ati lẹhinna a sọ di ohun olopobobo kan. Ṣugbọn ipenija ni pe isọdọkan nilo ṣiṣafihan ohun elo si awọn iwọn otutu ti o ga julọ, ”Codero sọ. Gbigbona awọn alloy si awọn iwọn otutu ti o ga le fa ki awọn oka, tabi awọn ibugbe kirisita kọọkan, laarin irin lati pọ si, eyiti o dinku wọn. Cordero ni anfani lati ṣaṣeyọri eto ọkà ultrafine ti o to awọn nanometers 130 ni iwapọ W-7Cr-9Fe, timo nipasẹ awọn micrographs elekitironi. “Lilo ipa-ọna sisẹ lulú yii, a le ṣe awọn ayẹwo nla to awọn centimita 2 ni iwọn ila opin, tabi a le lọ tobi, pẹlu awọn agbara ipaniyan agbara ti 4 GPa (gigapascals). Otitọ pe a le ṣe awọn ohun elo wọnyi nipa lilo ilana iwọn jẹ boya paapaa iwunilori diẹ sii, ”Codero sọ.

“Ohun ti a n gbiyanju lati ṣe bi ẹgbẹ kan ni lati ṣe awọn nkan olopobobo pẹlu awọn ẹya ara ẹrọ ti o dara. Idi ti a fẹ si iyẹn jẹ nitori awọn ohun elo wọnyi ni awọn ohun-ini ti o nifẹ pupọ ti o jẹ lilo agbara ni ọpọlọpọ awọn ohun elo,” Cordero ṣafikun.

Ko ri ninu iseda

Cordero tun ṣe ayẹwo agbara ti awọn lulú alloy irin pẹlu awọn microstructures nanoscale ninu iwe akọọlẹ Acta Materialia. Cordero, pẹlu onkọwe agba Schuh, lo awọn iṣeṣiro iṣiro mejeeji ati awọn adanwo yàrá lati ṣafihan pe awọn ohun elo ti awọn irin bii tungsten ati chromium pẹlu awọn agbara ibẹrẹ ti o jọra ni itara lati ṣe isokan ati gbejade ọja ipari ti o lagbara, lakoko ti awọn akojọpọ awọn irin pẹlu agbara ibẹrẹ nla ko baramu iru bẹ. bi tungsten ati zirconium ṣe itara lati ṣe agbejade alloy alailagbara pẹlu diẹ sii ju ipele kan ti o wa.

“Ilana ti lilọ bọọlu agbara-giga jẹ apẹẹrẹ kan ti idile ti awọn ilana ti o tobi julọ ninu eyiti o ṣe abuku ohun elo lati wakọ microstructure rẹ sinu ipo isokuso ti kii ṣe iwọntunwọnsi. Ko si ilana ti o dara gaan fun asọtẹlẹ microstructure ti o jade, nitorinaa ni ọpọlọpọ igba eyi jẹ idanwo ati aṣiṣe. A ngbiyanju lati yọ imudara agbara kuro lati ṣe apẹrẹ awọn alloy ti yoo ṣe agbekalẹ ojutu to lagbara ti metastable, eyiti o jẹ apẹẹrẹ kan ti apakan ti kii ṣe iwọntunwọnsi,” Cordero ṣalaye.

"O ṣe awọn ipele ti kii ṣe iwọntunwọnsi wọnyi, awọn nkan ti iwọ kii yoo rii ni deede ni agbaye ni ayika rẹ, ni iseda, ni lilo awọn ilana abuku pupọ gaan,” o sọ. Ilana ti fifun bọọlu agbara-giga pẹlu irẹrun ti o leralera ti awọn irin lulú pẹlu wiwakọ wiwakọ awọn eroja alloying lati intermix lakoko idije, awọn ilana imularada ti o gbona-ṣiṣẹ gba alloy lati pada si ipo iwọntunwọnsi rẹ, eyiti o ni ọpọlọpọ awọn ọran ni lati pin ipinya. . "Nitorina idije yii wa laarin awọn ilana meji wọnyi," Cordero salaye. Iwe rẹ dabaa awoṣe ti o rọrun lati ṣe asọtẹlẹ awọn kemistri ni alloy ti a fun ti yoo ṣe ojutu ti o lagbara ati pe o fọwọsi pẹlu awọn adanwo. "Awọn iyẹfun bi-milled jẹ diẹ ninu awọn irin ti o nira julọ ti awọn eniyan ti ri," Cordero sọ, akiyesi awọn idanwo fihan pe tungsten-chromium alloy ni o ni agbara nanoindentation ti 21 GPa. Ti o mu ki wọn nipa ìlọpo nanoindentation líle ti nanocrystalline iron-orisun alloys tabi isokuso tungsten-grained.

Metallurgy nilo irọrun

Ni awọn ultrafine ọkà tungsten-chromium-irin alloy compacts ti o iwadi, awọn alloys ti gbe soke ni irin lati abrasion ti awọn irin lilọ media ati vial nigba ga-agbara rogodo milling. "Ṣugbọn o wa ni jade pe o tun le jẹ iru ohun ti o dara, nitori pe o dabi pe o mu iwọn densification ni awọn iwọn otutu kekere, eyi ti o dinku iye akoko ti o ni lati lo ni awọn iwọn otutu giga ti o le ja si awọn iyipada buburu ni microstructure," Cordero salaye. "Ohun nla ni iyipada ati idanimọ awọn aye ni irin-irin."

Pellet irin alloy ti o ni idapọmọra joko lẹgbẹẹ bi-milled tungsten-chromium irin lulú ninu ọkọ oju omi ti a lo fun wiwọn awọn irin naa. Awọn bọọlu irin ni a lo lati ṣe abuku awọn irin ni ọlọ bọọlu ti o ni agbara giga. Kirẹditi: Denis Paiste/Ile-iṣẹ Ṣiṣe Awọn ohun elo
Cordero pari ile-iwe giga lati MIT ni ọdun 2010 pẹlu oye oye ni fisiksi ati ṣiṣẹ fun ọdun kan ni Lawrence Berkeley National Lab. Nibe, o ni atilẹyin nipasẹ oṣiṣẹ imọ-ẹrọ ti o kọ ẹkọ lati iran iṣaaju ti awọn onirinrin ti o ṣe awọn crucibles pataki lati di plutonium fun Ise agbese Manhattan lakoko Ogun Agbaye II. “Gbigbọ iru nkan ti wọn n ṣiṣẹ lori jẹ ki inu mi dun pupọ ati itara lori sisẹ awọn irin. O tun jẹ igbadun pupọ,” Cordero sọ. Ninu awọn ilana imọ-jinlẹ awọn ohun elo miiran, o sọ pe, “O ko ni lati ṣii ileru kan ni 1,000 C, ki o rii nkan ti o gbona pupa. O ko ni lati tọju awọn nkan ti o gbona. ” O nireti lati pari PhD rẹ ni ọdun 2015.

Botilẹjẹpe iṣẹ lọwọlọwọ rẹ ni idojukọ lori awọn ohun elo igbekalẹ, iru sisẹ lulú ti o n ṣe ni a tun lo lati ṣe awọn ohun elo oofa. "Ọpọlọpọ awọn alaye ati imọ le ṣee lo si awọn ohun miiran," o sọ. “Biotilẹjẹpe eyi jẹ irin ti igbekalẹ aṣa, o le lo irin-irin ile-iwe atijọ yii si awọn ohun elo ile-iwe tuntun.”