Zirkonyum ince ayarı, sünekliği artıran daha güçlü dökme alüminyum alaşımının kilidini açar

Malzeme Mühendisliği Bölümü (MatE), Hindistan Bilim Enstitüsü (IISc) ve işbirlikçileri, alüminyum alaşımlarının yapısal metalurjisindeki en büyük zorluklardan birinin üstesinden gelen, hem olağanüstü güçlü hem de dikkat çekici derecede sünek olan yeni bir hafif dökme alüminyum alaşımı geliştirdiler.

Yeni alaşım, geleneksel alüminyum ötektik alaşımlara göre süneklikte %400 iyileşme ve %50 daha yüksek mukavemet sergiliyor. Daha da önemlisi, 250°C’de bile yüksek mekanik mukavemetini koruyarak, bileşenlerin zorlu mekanik ve termal koşullara dayanmasını gerektiren havacılık, otomotiv ve enerji uygulamaları için umut verici bir malzeme haline geliyor. Çalışma şu tarihte yayınlandı: Doğa İletişimi.

Çatlamaya eğilimli lifler zayıf halkaydı

Dökme alüminyum alaşımları, hafif olmaları ve üretimlerinin ucuz olması nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, alaşımın içine gömülmüş mikroskobik kırılgan fiberlerin çatlak başlangıç ​​bölgeleri olarak hareket etmesi nedeniyle sıklıkla zamanından önce arızalanırlar. Yüklendikten sonra bu kırılgan bölgeler kolayca kırılır ve alaşımın sünekliğini ve yapısal güvenilirliğini sınırlar.

IISc ekibi, malzeme tasarımını atomik ölçekte değiştirerek uzun süredir devam eden bu sorunu çözdü. Araştırmacılar, alüminyum-gadolinyum alaşımına çok az miktarda zirkonyum ekleyerek ve kontrollü ısıl işlem uygulayarak, kırılgan fiberleri çevreleyen ultra ince bir süper örgü nano katmanının oluşumunu keşfettiler. Bu düzenli atomik katman, kırılgan fiberler ile yumuşak alüminyum matris arasındaki arayüzü güçlendirerek çatlakların başlamasını önledi ve gerilimlerin daha verimli bir şekilde aktarılmasına olanak sağladı.

Nanoyapılar alaşımın deforme olma şeklini değiştirdi

“Süper örgü nano katmanını keşfetmek, alüminyum alaşımlarının daha güçlü ve daha esnek olmasını sağlayan tamamen yeni bir arayüz güçlendirme mekanizmasını ortaya çıkardığı için doktora çalışmamın en heyecan verici anlarından biriydi” diyor ilk yazar ve doktora öğrencisi Hemant Kumar. MatE’de öğrenci.

Alaşım, nano katmanlı fiberlere ek olarak alüminyum matris boyunca dağılmış milyarlarca çekirdek-kabuk nanoparçacığı da geliştirdi. Bu nanopartiküller, deformasyon sırasında son derece ince dislokasyon ağlarının oluşumunu destekleyerek malzemenin arızalanmadan önce çok daha büyük plastik gerilimlere uyum sağlamasına olanak tanır.

Araştırmacılar, Gelişmiş Mikroskopi ve Mikroanaliz Tesisi (AFMM) IISc’de bulunan en son teknoloji mikroskopi ve karakterizasyon tekniklerini kullanarak, bu yeni nanoyapıların atomik düzenini doğrudan görselleştirdiler ve alaşım içindeki deformasyon mekanizmalarını temelden nasıl değiştirdiklerini ortaya çıkardılar.

Daha sıcak ve daha hafif uygulamalar için tasarlandı

Alaşım, oda sıcaklığında geliştirilmiş özelliklerinin ötesinde, yüksek sıcaklıklarda bile mükemmel mukavemeti ve sürünme direncini korur. Araştırmacılara göre, özellikleri onu havacılık ve otomobil bileşenlerindeki ağır malzemelerin değiştirilmesi için çekici kılıyor; bu da yakıt verimliliğini önemli ölçüde artırabiliyor ve sera gazı emisyonlarını azaltabiliyor.

MatE’de doçent ve çalışmanın ilgili yazarı Surendra Kumar Makineni, “Bu keşif, Hindistan’da metalurji alanında türünün ilk örneği olan bir atılımı temsil ediyor. Arayüzleri atom atom tasarlayarak, olağanüstü bir güç ve süneklik kombinasyonuna sahip hafif, yüksek sıcaklıkta alüminyum alaşımları tasarlamak için temelde yeni bir strateji gösterdik” diyor. “Bu konseptin havacılık, otomotiv ve enerji uygulamalarına yönelik yeni nesil yapısal malzemelerin geliştirilmesinde yeni yollar açtığına inanıyoruz.”