Çelik, alüminyum ve diğer yaygın olarak kullanılan metaller veya alaşımlar işleme, haddeleme ve dövme gibi endüstriyel işlemlerden geçtiğinde, nano ölçekli yapıları çarpıcı değişikliklere uğrar. Son derece hızlı üretim süreçleri, gerçekleştikleri katıksız hız ve küçük ölçek nedeniyle bu değişiklikleri analiz etmeyi zorlaştırıyor, ancak ABD'deki Massachusetts Institute of Technology'deki (MIT) araştırmacılar şimdi tam olarak bunu yapmayı başardılar. nano ölçekte aşırı deformasyon altında metalde kristal taneciklerin oluşmasıyla gerçekleşir. Çalışmaları, sertlik ve tokluk gibi gelişmiş özelliklere sahip metal yapıların geliştirilmesine yardımcı olabilir.
Genel olarak, bu kristal taneler ne kadar küçükse, metal o kadar sert ve güçlü olacaktır. Metalürjistler genellikle metalleri baskı altına alarak tane boyutunu küçültmeye çalışırlar. Bunu yapmak için kullandıkları ana tekniklerden biri, metalin yüksek gerilmede deforme olduğu ve daha ince kristaller üretmek için ısıtıldığı yeniden kristalleştirmedir. Aşırı durumlarda, bu işlem nano ölçekli boyutlara sahip taneler üretebilir.
“Sadece bir laboratuvar merakı değil”
Christopher Schuh liderliğindeki MIT ekibi, bu yüksek hızlı, küçük ölçekli sürecin nasıl gerçekleştiğini artık belirledi. Bunu, süpersonik hızlarda bir metal üzerine bakır metal mikropartikülleri fırlatmak için bir lazer kullanarak ve partiküller ona çarptığında ne olduğunu gözlemleyerek yaptılar. Schuh, yüksek hızlı işleme gibi endüstriyel süreçlerde bu tür yüksek hızların "sadece bir laboratuvar merakı" olmadığına dikkat çekiyor; metal tozunun yüksek enerjili öğütülmesi; ve benzer oranlarda gerçekleşen soğuk sprey adı verilen bir kaplama yöntemi.
"Bu çok aşırı oranlar altında yeniden kristalleşme sürecini anlamaya çalıştık" diye açıklıyor. "Oranlar çok yüksek olduğu için, daha önce hiç kimse orayı derinlemesine inceleyemedi ve bu sürece sistematik olarak bakamadı."
Deneylerinde, araştırmacılar darbelerin hızını ve gücünü değiştirdiler ve ardından elektron geri saçılım kırınımı ve taramalı transmisyon elektron mikroskobu gibi gelişmiş nano ölçekli mikroskopi yöntemlerini kullanarak etkilenen bölgeleri incelediler. Bu yaklaşım, artan gerinim seviyelerinin etkilerini analiz etmelerini sağladı.
Darbelerin metalin yapısını önemli ölçüde iyileştirdiğini ve sadece nanometre çapında kristal tanecikler oluşturduğunu buldular. Ayrıca, kristal yapının bir kısmı yönünü değiştirdiğinde belirli bir tür kusurun oluştuğu, ikizlenme adı verilen metallerde iyi bilinen bir fenomenin bir varyasyonu olan "nanotwinning" tarafından yardımcı olunan bir yeniden kristalleşme sürecini de gözlemlediler.
Schuh ve meslektaşları, etki oranları ne kadar yüksek olursa, nanotwinning'in o kadar sık gerçekleştiğini gözlemlediler. Bu, nano ölçekli "ikizler"in yeni kristal taneciklere ayrıldığından daha küçük taneciklere yol açtığını söylüyorlar. İşlem, metalin gücünü, Schuh'un ihmal edilemez olarak tanımladığı yaklaşık 10 kat artırabilir.
Daha iyi bir mekanik anlayış
Schuh, ekibin sonucunu, sıradan metal dövmede çekiç darbelerinden gelen sertleşme adı verilen bilinen bir etkinin bir uzantısı olarak tanımlıyor. "Bizim etkimiz, bir tür aşırı dövme fenomeni" diyor. Sonuç bu bağlamda anlamlı olsa da, Schuh şöyle diyor: Fizik dünyası metal yapıların nasıl oluştuğuna dair daha iyi mekanik bir anlayışa yol açabileceği ve mühendislerin bu yapıları kontrol etmek için işleme koşullarını tasarlamasını kolaylaştırabileceği. "Çalışmamızda gözlemlediğimiz çok küçük, nano ölçekli yapılar, örneğin aşırı güçleri nedeniyle ilgi çekici" diyor.
Gücü en üst düzeye çıkarmak için neden kademeli olarak yapıyor?
Ekip üyesine göre Ahmed Tiamiyu, yeni bulgular gerçek dünyadaki metal üretimine doğrudan uygulanabilir. "Deneysel çalışmadan üretilen grafikler genel olarak uygulanabilir olmalıdır" diyor. "Sadece varsayımsal çizgiler değiller."
dergisinde yayınlanan çalışmada, Doğa Malzemeleri, araştırmacılar bir çarpma sırasında bir metalin yapısının evrimini anlamaya odaklandılar. Bir çarpma bölgesi etrafındaki sıcaklığın nasıl geliştiği gibi diğer özellikleri incelemek ilginç olurdu diyorlar. Schuh, "Şu anda bu yönde çalışmalar yürütüyoruz" diyor.
