nikkeliseoksesta

Amerikkalaiset tutkijat havaitsivat, että sitkeimmällä seoksella on edelleen erittäin korkea suorituskyky äärimmäisessä kylmissä olosuhteissa

Berkeley National Laboratory Yhdysvalloissa on havainnut, että kromista, koboltista ja nikkelistä koostuva seos on kovin materiaali, jolla on murtumista kestävimmät ominaisuudet. Kuvassa on nanomittakaavan murtumareitti ja siihen liittyvä kiderakenteen muodonmuutos CrCoNi-seos 20 Kelvinin stressitestin aikana. Halkeamat laajenevat vasemmalta oikealle

Ihmisten avaruustutkimuksen ja äärimmäisten alueiden kysynnän kasvaessa ihmiset alkoivat etsiä metallimateriaaleja, joita voidaan käyttää alhaisissa lämpötiloissa. Yhdysvaltain kansallinen laboratorio löysi kromista, koboltista ja nikkelistä koostuvan seoksen, joka voi säilyttää erittäin korkean sitkeyden erittäin alhaisissa lämpötiloissa ja on tällä hetkellä maailman lujin seos.

Lawrence Berkeley National Laboratory ja Oak Ridge National Laboratory Yhdysvalloissa kirjoittivat tämän kokeen tulokset yhdessä julkaisuun, joka julkaistaan ​​Science-lehdessä joulukuussa 2022. Tätä tutkimusta tuki Yhdysvaltain energiaministeriön tiedetoimisto.

Tutkijat tutkivat metalliseoksia, jotka on valmistettu "kromista, koboltista ja nikkelistä" ja "kromista, mangaanista, raudasta, koboltista ja nikkelistä" yhtä suurissa suhteissa ja testaavat niiden murtolujuusarvoja. On havaittu, että "kromimangaani-rautakobolttinikkelin" ja "koboltti-nikkeli" -seoksen kromimurtolujuusarvot miinus 253.15 °C:ssa ovat 262 ja 459 MPa-neliöjuurimetriä.

Lisäksi kokeiden avulla havaittiin, että "Kromi-koboltti-nikkeli” lejeeringin halkeaman kasvulujuus ylitti 540 MPa-neliöjuurimetriä vakaan 2.25 mm:n halkeaman jälkeen. Yllä olevat arvot osoittavat, että lejeeringillä on maailman suurin sitkeys. Tutkijat havaitsivat myös, että metallin muodonmuutoksella matalissa lämpötiloissa ja muodonmuutosrakenteella korkeissa lämpötiloissa on täysin erilaiset tulokset.

Tämä seos ei ole vain erittäin sitkeä, vaan myös erittäin muokattava ja samalla erittäin vahva (melkein pysyvästi muodonmuutosta kestävä). Lisäksi seoksella on hyvin erityinen ominaisuus, sen lujuus ja sitkeys kasvavat lämpötilan laskeessa, mikä on päinvastoin kuin useimpien materiaalien ominaisuudet maailmassa.

Seos, joka on valmistettu kromista, koboltista ja nikkeli, joka kuuluu korkean entropian metalliseostyyppiin, joka eroaa muista yleisistä seoksista. Erona on se, että muut seokset koostuvat suuresta osasta yhtä metallia (esim. rauta, kulta, hopea tai kupari jne.) ja pieniä määriä muita alkuaineita tai metalleja (esim. ruostumaton teräs, 18K kulta jne. .), mutta HEA-tyyppiset metalliseokset, Se valmistetaan sekoittamalla kutakin alkuainetta lähes yhtä suuressa suhteessa.

Nämä seokset, joissa kutakin elementtiä sekoitetaan yhtä suuret määrät, näyttävät antavan materiaalille erittäin suuren "lujuuden" ja "muovuttavuuden" yhdistettynä metallin "sitkeyteen" rasituksessa.

He havaitsivat, että näillä metalliseoksilla ei ollut monimutkaista mikrorakennetta, kun painetta käytettiin huoneenlämpötilassa, mutta kun painetta käytettiin erittäin alhaisissa lämpötiloissa, mikrorakenne alkoi monimutkaista. Seoksen kiteytyminen muuttuu pyöreistä rakeista suikaleiksi, joilla on voimakas taipumus tasomuodonmuutokseen, ja lopulta muodostaa joukon ristikkäisiä muodonmuutosnauhoja. Siksi arvellaan, että nämä muutokset antavat metalliseosmetallin parantaa sen sitkeyttä.

"Alunperin metalliatomit tässä lejeeringissä olivat sileitä ja yksinkertaisia ​​rakeita, mutta matalassa lämpötilassa niitä ilmaantuu Kun se muotoutuu, sen sisällä alkaa olla paljon esteitä, mikä antaa sille murtolujuusarvon, joka ylittää reilusti useimpien. materiaaleja.”

Andrew Jr., laboratorion elektronimikroskopian keskuksen johtaja, lisäsi: "Kun metalli deformoituu, sen rakenne muuttuu hyvin monimutkaiseksi, ja tämä muutos auttaa selittämään, miksi se kestää murtumista."

Lisäksi professori Rich sanoi myös: "Tämän materiaalin murtolujuusarvo on jopa 500 MPa-neliöjuurimetriä nestemäisen heliumin lämpötilassa (-253.15 °C)."

Professori Rich selitti: "Jos samassa yksikössä piikappaleen murtolujuusarvo on 1 M MPa-neliöjuurimetri, matkustajakoneissa käytetyn alumiiniseosrungon murtolujuusarvo on 35 MPa-neliöjuurimetriä, ja parhaat teräsmurtumat Tämän seoksen lujuusarvo on 100 MPa-neliöjuuri, joten sen arvo on hämmästyttävä.

Professori Ritchie kuitenkin sanoi, että vaikka nykyinen kehitys on jännittävää, on vielä liian aikaista olla käytännöllinen. "Tarvitsemme enemmän aikaa ymmärtääksemme paremmin tämän materiaalin ominaisuuksia, jotta voimme soveltaa sitä käytännön sovelluksiin tulevaisuudessa ja välttääksemme onnettomuudet, joita ihmiset eivät halua nähdä, kun ihmiset käyttävät sitä."

Uutishuone raportoi, että George ja Ritchie, Oak Ridge National Laboratoryn tekniikan professorit, alkoivat tutkia kromi-koboltti-nikkeli-seokset vuosikymmen sitten yhdistämällä metalli mangaaniin ja rautaa sisältävään kromi-mangaani-rauta-koboltti-nikkeliseokseen.

Kun he laittoivat materiaalin nestemäisen typen lämpötilaan (-196 °C) tarkkaillakseen metallin muutoksia, he havaitsivat, että lejeeringillä oli vaikuttava sitkeys ja lujuus. Erilaisten näytteiden testaamiseksi tässä kylmässä lämpötilassa kesti 10 vuotta löytää kaikenlaista henkilökuntaa ja työkaluja, ja lopulta päästiin kokeellisiin tuloksiin.