Amerikalı bilim adamları, en yüksek tokluğa sahip alaşımın aşırı soğukta hala ultra yüksek performansa sahip olduğunu keşfettiler

Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Berkeley Ulusal Laboratuvarı, krom, kobalt ve nikelden oluşan bir alaşımın kırılmaya karşı en dayanıklı özelliklere sahip en sert malzeme olduğunu keşfetti. Resim, nano ölçekli kırılma yolunu ve buna eşlik eden kristal yapı deformasyonunu göstermektedir. CrCoNi alaşımı 20 Kelvin stres testi sırasında. Çatlaklar soldan sağa genişler

Uzayın ve ekstrem bölgelerin insan tarafından keşfedilmesine olan talebin artmasıyla birlikte, insanlar düşük sıcaklıklarda kullanılabilecek metal malzemeler aramaya başladı. Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Laboratuvarı, son derece düşük sıcaklıklarda son derece yüksek tokluğu koruyabilen ve şu anda dünyanın en sert alaşımı olan krom, kobalt ve nikelden oluşan bir alaşım keşfetti.

Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı ve Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı, bu deneyin sonuçlarını ortaklaşa bir makaleye yazdı ve Aralık 2022'de Science dergisinde yayınlanacak. Bu araştırma, ABD Enerji Bakanlığı'nın Bilim Ofisi tarafından desteklendi.

Bilim adamları “krom, kobalt ve nikel” ile “krom, manganez, demir, kobalt ve nikel”den oluşan alaşım metallerini eşit oranlarda inceler ve kırılma tokluk değerlerini test eder. “Kobalt-nikel” alaşımının eksi 253.15°C'de “krom manganez demir kobalt nikel” ve “krom kırılma tokluğu değerlerinin sırasıyla 262 ve 459 MPa-metrekare olduğu görülmektedir.

Ayrıca yapılan deneyler sonucunda “Krom-Kobalt-Nikel” alaşımı, 540 mm'lik sabit bir çatlaktan sonra 2.25 MPa-metrekareyi aşan bir çatlak büyüme tokluğu sergiledi. Yukarıdaki değerler, alaşımın dünyadaki en yüksek tokluğa sahip olduğunu göstermektedir. Bilim adamları ayrıca metalin düşük sıcaklıklarda deformasyonunun ve yüksek sıcaklıklarda deformasyon yapısının tamamen farklı sonuçlara sahip olduğunu bulmuşlardır.

Bu alaşım sadece son derece sünek değil, aynı zamanda son derece yumuşak ve aynı zamanda çok güçlüdür (deformasyona karşı neredeyse kalıcı olarak dirençlidir). Ayrıca alaşımın çok özel bir özelliği vardır, mukavemeti ve sünekliği sıcaklık düştükçe artacaktır ki bu dünyadaki çoğu malzemenin özelliğinin tam tersidir.

krom, kobalt ve alaşımdan yapılmış bir alaşım nikel, diğer genel alaşımlardan farklı olan yüksek entropi alaşımı türüne aittir. Aradaki fark, diğer alaşımların yüksek oranda bir metalden (örneğin demir, altın, gümüş veya bakır vb.) ve az miktarda diğer elementlerden veya metallerden (örneğin paslanmaz çelik, 18K altın vb.) oluşmasıdır. .), ancak HEA tipi alaşımlar, her elementin hemen hemen eşit oranlarda karıştırılmasıyla yapılır.

Her bir elementin eşit miktarlarda karıştırıldığı bu alaşımlar, malzemeye çok yüksek "dayanım" ve "süneklik" kazandırarak, gerildiğinde metalin "tokluğunu" sağlar.

Bu alaşımların oda sıcaklığında basınç uygulandığında karmaşık bir mikro yapıya sahip olmadığını, ancak aşırı düşük sıcaklıklarda basınç uygulandığında mikro yapının karmaşık hale gelmeye başladığını bulmuşlardır. Alaşımdaki kristalleşme, güçlü bir düzlem deformasyon eğilimi ile yuvarlak tanelerden şeritlere dönüşecek ve son olarak bir demet çapraz deformasyon bandı oluşturacaktır. Bu nedenle, bu değişikliklerin alaşım metalinin tokluğunu artırmasına izin verdiği tahmin edilmektedir.

"Başlangıçta bu alaşımdaki metal atomları pürüzsüz ve basit taneciklerdi, ancak düşük sıcaklık basıncında ortaya çıkıyorlar. malzemeler."

Laboratuarın Elektron Mikroskobu Merkezi direktörü Andrew Jr. şunları ekledi: "Bir metal deforme olduğunda, yapısı çok karmaşık hale gelir ve bu dönüşüm, onun neden kırılmaya karşı bu direnci gösterdiğini açıklamaya yardımcı olur."

Ayrıca Prof.

Prof. ve en iyi çelik kırılmaları 1 MPa-metrekare tokluk değeri ile bu alaşımın sergilediği değer oldukça şaşırtıcı.”

Ancak Profesör Ritchie, mevcut gelişme heyecan verici olsa da pratik olmak için henüz çok erken olduğunu söyledi. "Bu malzemenin özelliklerini daha iyi anlamak için daha fazla zamana ihtiyacımız var, böylece gelecekte onu pratik uygulamalara koyabiliriz ve insanlar onu kullandıklarında görmek istemeyecekleri kazaları önleyebiliriz."

Haber odası, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda mühendislik profesörleri olan George ve Ritchie'nin araştırmaya başladığını bildirdi. krom-kobalt-nikel alaşımları on yıl önce, metali manganez ve demir içeren krom-mangan-demir-kobalt nikel alaşımı ile birleştirdi.

Metaldeki değişiklikleri gözlemlemek için malzemeyi sıvı nitrojen sıcaklığına (-196 °C) koyduklarında, alaşımın etkileyici tokluk ve kuvvete sahip olduğunu gördüler. Çeşitli numuneleri bu soğukta test edebilmek için her türlü personel ve aleti bulmaları 10 yıl sürdü ve sonunda deneysel sonuçlara geldiler.