HaberlerTeknoloji & Bilim

Araştırmacılar, bileşimsel olarak karmaşık metallerin yeni alanlarını keşfediyor

5 Mins read
Çok yönlü alaşımların geliştirilmesi

Çok yönlü element alaşımında (sağda) atom türlerinin çoğunluk ve azınlık popülasyonları arasındaki çizgiyi bulanıklaştırmak, engebeli bir atomik manzaraya yol açarak kusurların gezinmesi için yeni yollar açar. Kredi bilgileri: UC Santa Barbara

İnsan uygarlığındaki en önemli gelişmeler, insanların kullandığı malzemelerin ilerlemesiyle belirgindir. Taş Devri, yerini Bronz Çağı’na bıraktı ve bu da Demir Çağı’na geçti. Yeni malzemeler zamanın teknolojilerini bozuyor, yaşamı ve insani durumu iyileştiriyor.

Modern teknolojiler, aynı şekilde, bunları yapmak için kullanılan malzemelerdeki yeniliklere kadar doğrudan izlenebilir; bilgisayar çiplerinde silikon kullanımı ve altyapıyı destekleyen son teknoloji çelikler gibi. Bununla birlikte, yüzyıllar boyunca, malzemeler ve alaşım tasarımı, diğer elementlerin küçük fraksiyonlarının eklendiği bir temel veya ana elementin kullanımına dayanıyordu. Örneğin, ana element demire (Fe) eklenen küçük miktarlarda karbonun gelişmiş özelliklere yol açtığı çeliği ele alalım. Küçük miktarlarda başka elementler eklendiğinde, çelik, örneğin gelişmiş korozyon direnci veya gelişmiş mukavemet için uygun hale getirilebilir.

2004’te önerilen bir fikre dayanan son birkaç yıl, üç veya daha fazla öğenin kabaca eşit oranlarda karıştırıldığı alaşım tasarımında yeni bir paradigmanın ortaya çıkışına tanık oldu. Adlandırılmış çok uçlu öğe alaşımlar (MPEA’lar) veya genellikle bu alaşımların bir alt kümesi olarak bilinir yüksek entropili alaşımlarBu malzemeler, elementlerin çoğunluk ve azınlık popülasyonları arasındaki ayrımı bulanıklaştırır. Kolektif malzemeyi oluşturan atomik ortakların bu daha mükemmel birliği, geleneksel meslektaşlarından daha iyi performans göstermelerini sağlayan heyecan verici özellikler sergiliyor.

Materyal profesörleri Dan Gianola, Tresa Pollock ve Irene Beyerlein ve doktora sonrası araştırmacı Fulin Wang dahil olmak üzere UC Santa Barbara araştırmacılarından oluşan bir ekip, “Bu materyallerin bazıları olağanüstü güç, süneklik ve hasar toleransı kombinasyonları sergiliyor” diye yazıyor. dergide bugün yayınlanan bir makale Bilim. “Refrakter alaşımlar [made from a group of nine metal elements on the periodic table that are highly resistant to heat and wear] birçok teknoloji uygulamasıyla ilişkili son derece yüksek sıcaklıklarda kullanım için çekici adaylardır. “

MPEA’lar, ilk olarak 2010’da yapılan refrakter MPEA’ların geliştirilmesini motive etti. Ancak çoklu alaşımların kullanılması, olası alaşım “reçetelerinin” sayısını neredeyse sonsuz şekilde artırıyor. Elde edilebilecek çok sayıda kombinasyon, en ilginç ve arzu edilen özelliklere sahip malzeme alt kümelerini hedeflemek için gelişmiş hesaplamalı tarama ve makine öğreniminin kullanımına zemin hazırlar.

Havacılık, Makine ve Mekatronik Mühendisliği Okulu’nda profesör olan Julie Cairney, “Bu yaklaşımların başarılı olabilmesi için, alaşım tasarım sürecinin, istenen belirli özelliklerin kökenlerinin anlaşılmasıyla yönlendirilmesi kritik önem taşıyor,” diye yazıyor. Avustralya’daki Sidney Üniversitesi’nde eşlik eden bir eserde.

Onların Bilim UCSB ekibi ve Kentucky Üniversitesi, ABD Deniz Araştırma Laboratuvarı ve ABD Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarı’ndaki meslektaşları, hangi alaşımların değerli özelliklere sahip olabileceğini tahmin etme yeteneğini geliştirmenin bir yolunu öneriyor.

Bu özellikler arasında en önemlisi, bir alaşımın çatlamadan deforme olma, yani kalıplanma veya bükülme ve aşırı yükler altında malzeme bütünlüğünü koruma kabiliyetidir ve yüksek ısı içinde bulunan aşırı ortamlaruçak kanatlarında, roket motorlarında ve endüstriyel türbinlerde olduğu gibi.

Gianola’nın laboratuarında doktora sonrası araştırmacı olan Wang, “Atom düzeyinde, hareket eden atomların bir sonucu olarak bir malzeme deforme oluyor veya şeklini değiştiriyor” dedi.

Metallerin kristal yapıları, son derece düzenli bir ızgara şeklinde organize edilmiş yığılmış atom düzlemlerinden oluşur. Bir metal deforme olduğunda, atomlar ızgara üzerinde birbiri üzerinde hareket eder veya kayar. Atomların hareket ettiği ve hareket etmediği bölgeleri ayıran çizgiye dislokasyon denir. Çıkıkların özellikleri, ne kadar kolay ve nerede hareket edebilecekleri de dahil olmak üzere, bu nedenle malzemenin deformasyon davranışları için çok önemli hale gelir.

MPE alaşımlarının avantajlarına rağmen, bunların tasarımındaki ilerleme yavaş olmuştur. Geleneksel deneme-yanılma yaklaşımları verimsiz olsa da, yaklaşık 2017’den itibaren, belirli bir alaşımın istenen özelliklere sahip olmasının altında yatan nedeni belirlemeye çalışmak için teoriler geliştirmeye daha fazla araştırma çabası ayrıldı.

“Ama,” dedi Wang, “teorinin bazı kritik unsurlarını bilgilendirmek için deneysel kanıt eksikliği var. Bu proje üzerinde çalışmaya başladığımda, ilk sorum şuydu: MPEA’ların geleneksel alaşımlara göre özel olan nedir? mekanik özelliklerle ilgileniyoruz, çıkıklara odaklanıyoruz. “

Bu çalışmada araştırmacılar, dislokasyonların konfigürasyonlarını araştırmak ve bir model alaşımında istenen özelliklere yol açan mekanik kökenleri ortaya çıkarmak için elektron mikroskobu kullandılar. Irene Beyerlein grubundan atomistik simülasyonlarla birleştirildiğinde, farklı elementlerin rastgele alanının dislokasyon hareketleri için birden fazla yolun kilidini açtığını gösterdiler, bu özellikler geleneksel alaşımlarda bulunmaz.

Beyerlein, “Konvansiyonel dislokasyonlar için, bir dislokasyonda atomik bağları kırma kuvveti tek değerlidir çünkü tüm atomlar benzerdir” dedi. “MPE dislokasyonu için, bu kuvvet deterministik olamaz. Bir MPE dislokasyonunun yapısı, rastgele değişen atomik ortamlarda hareket etmeye çalışırken yeniden tanımlanır.

“Atomistik hesaplamalarımızla, beklenmeyenleri beklemek ve sadece olağan modları araştırmakla kalmayıp aynı zamanda literatürde tipik olarak ihmal edilen daha yüksek kayma modlarını araştırdık” diye ekledi. “Ayrıca, bu kritik yer değiştirme kuvvetinin ne kadar büyük ölçüde değişebileceğini ve alternatif yüksek kayma modlarının ne kadar elverişli olduğunu ortaya çıkaran binlerce hesaplama yaptık.”

Çalışma, Pollock tarafından yönetilen ve Deniz Araştırmaları Ofisi tarafından finanse edilen, MPE.edu adlı, UCSB araştırmacıları Carlos Levi ve Anton van der Ven’i de içeren ve en iyi nasıl keşfedilebileceğine dair temel bilgiler edinmeyi amaçlayan daha büyük bir ortak çabanın parçasıdır geniş refrakter alaşım alanı.

Pollock, “Bileşimsel olarak karmaşık alaşımlar uzun zamandır ilgimizi çekiyor olsa da, geniş bileşim alanını keşfetmedeki ilerleme yavaş oldu” dedi. “MPE projesiyle, yeni davranışları ortaya çıkarmamıza ve yeni bileşimsel alanları hızla keşfetmemize olanak tanıyan, gelişmekte olan hesaplama, makine öğrenimi ve deneysel araçları kullanan bir ekibi bir araya getirdik. İlgili refrakter malzemelerin çok yüksek erime noktaları Geçmişte onları imal etmeyi ve incelemeyi çok zorlaştırdı, ancak yeni yaklaşımlarımız, 3 boyutlu baskı olasılığıyla birleştiğinde, manzarayı tamamen değiştirdi. “

Gianola, “Bu çalışma, deneyleri simülasyon ve teori ile birleştirmenin gerçek gücünün simgesidir” dedi. “Birçok araştırmacı bu sinerjiye sözde hizmet ediyor, ancak bu çalışma, deneysel ve simülasyon grupları arasında sürekli bir ileri geri gidip gelmeden bu kadar ileri gidemezdi. Gelecek çok parlak görünüyor.”


İstenilen özelliklere sahip yeni malzemeleri tahmin etmek için yapay zekayı kullanma


Daha fazla bilgi:
Refrakter çok uçlu element alaşımında çok sayıda dislokasyon yolu, Bilim 02 Ekim 2020: Cilt. 370, Sayı 6512, s. 95-101, DOI: 10.1126 / science.aba3722 , science.sciencemag.org/content/370/6512/95

Alıntı: Multiprincipal alaşımların geliştirilmesi: Araştırmacılar, 6 Ekim 2020 tarihinde https://phys.org/news/2020-10-advancing-multiprincipal-alloys-explore-domains.html adresinden alınan, bileşimsel olarak karmaşık metallerin yeni alanlarını keşfediyor (2020, 6 Ekim)

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacına yönelik herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin olmadan hiçbir bölümü çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.

Benzer Haberler
Haberler

CHP'nin 2021 asgari ücreti: 3 bin 100 lira

1 Mins read
Milyonlarca işçinin merakla beklediği 2021 yılı asgari ücret miktarı, Aile ve Çalışma Bakanı Zehra Zümrüt Selçuk tarafından açıklandı. Buna göre asgari…
Haberler

‘Genelge beni bağlamaz’ dedi 24 kez ceza yedi

1 Mins read
Zonguldak’ta tantunici Erkan Cinbir, iş yerine müşteri alınca polisle tartıştı. Dükkanına gelen polislere “Genelge beni bağlamaz” diyen Cinbir, “corona virüsü yok” diye…
HaberlerTeknoloji & Bilim

Gökbilimciler 591 yüksek hızlı yıldız keşfetti

1 Mins read
2005 yılında ilk yüksek hızlı yıldız keşfedildikten sonra, 15 yıl içinde 550’den fazla yıldız birden çok teleskopla keşfedildi. Çin Bilimler Akademisi Ulusal…
Power your team with InHype

Add some text to explain benefits of subscripton on your services.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir