MIT Bilim İnsanları Daha Güçlü Metallerin Sırrını Açıkladı

MIT’deki araştırmacılar, aşırı bir deformasyon işlemine maruz kaldıklarında metali oluşturan minik kristal taneciklerin tam olarak nasıl şekillendiğini keşfettiler.  Çelik, alüminyum, titanyum ve alaşımlar gibi metallerin daha hafif, daha sert ve daha güçlü versiyonlarının üretilmesine yol açabilir. Yeni araştırmalar, metallerdeki kristal taneciklerin nanometre ölçeklerinde reform yaparak metal özelliklerini iyileştirdiğini gösteriyor.

Metalin çeşitli amaçlar için ihtiyaç duyulan belirli şekillerde üretimi; döküm, talaşlı imalat, dövme ve yuvarlama (haddeleme) da dahil olmak üzere birçok yolla yapılır. Bu işlemler, çelik, alüminyum, titanyum veya yaygın olarak kullanılan diğer metaller ve alaşımlar olsun, dökme metali oluşturan küçük kristal taneciklerin boyutlarını ve şekillerini etkiler.

MIT’deki araştırmacılar, bu kristal taneciklerin aşırı bir deformasyon işlemi sırasında, en küçük ölçeklerde, birkaç nanometreye kadar inerken, tam olarak ne olduğunu analiz edebildiler. Yeni keşif, sertlik ve tokluk gibi daha iyi, daha tutarlı özellikler üretmek için gelişmiş işleme yöntemlerine yol açabilir.

Genel olarak, tane boyutu ne kadar küçük olursa, elde edilen metal o kadar güçlü olur. Tane boyutlarını küçülterek mukavemeti ve tokluğu iyileştirmeye çalışmak, tüm metallerde kapsayıcı bir tema olmuştur.

Metalürji uzmanları, uzun süredir bir katı metal parçasındaki tanelerin boyutlarını küçültmek için, genellikle onu bir şekilde deforme ederek çeşitli türlerde gerilimler vererek, deneysel olarak geliştirilmiş çeşitli yöntemler uygulamışlardır. Ancak bu taneleri küçültmek kolay değildir.

Birincil yöntem, metalin deforme olduğu ve ısıtıldığı yeniden kristalleştirme olarak adlandırılır. Metalurji Profesörü Schuh, bu durumun parça boyunca “son derece düzensiz ve her yerde” olan birçok küçük kusur yarattığını söylüyor. Metal deforme olduğunda ve ısıtıldığında, tüm bu kusurlar kendiliğinden yeni kristallerin çekirdeklerini oluşturabilir.

Yeni çalışmanın benzersiz yanı, bu sürecin çok yüksek hızda ve en küçük ölçeklerde nasıl gerçekleştiğini belirlemek.

Schuh, “Metal parçacıkları süpersonik hızlarda fırlatmak için bir lazer kullanıyoruz. Bunun göz açıp kapayıncaya kadar gerçekleştiğini söylemek inanılmaz derecede hafife almak olur. Çünkü bunlardan binlercesini göz açıp kapayıncaya kadar yapabilirsiniz. İşlerin bu hızda gerçekleştiği endüstriyel süreçler var. Bunlar arasında yüksek hızlı işleme; metal tozunun yüksek enerjili öğütülmesi; ve kaplama oluşturmak için soğuk sprey adı verilen bir yöntem. Aşırı oranlarda yeniden kristalleşme sürecini anlamaya çalıştık ve oranlar çok yüksek olduğu için daha önce hiç kimse gerçekten oraya girip sistematik olarak bu sürece bakamadı” diyor.

Bu çalışma, tanelerin nanometre ölçeğine kadar indiği “yeni bir yol” olduğunun keşfidir. Nano-eşleştirme destekli “yeniden kristalleşme” olarak adlandırdıkları yeni yol, metallerde bilinen bir fenomenin ikizlenme adı verilen bir varyasyonudur. Kristal yapının bir kısmının yönünü değiştirdiği özel bir tür kusurdur. Bu bir ayna simetri dönüşüdür ve sonunda metalin yönünü değiştirdiği ve bir balıksırtı deseni gibi tekrar geri döndüğü bu çizgili desenleri elde edersiniz. Ekip, bu etkilerin oranı ne kadar yüksek olursa, bu işlemin o kadar fazla gerçekleştiğini ve bu nano ölçekli “ikizler” yeni kristal tanelere ayrıldığından, daha küçük tanelere yol açtığını buldu.

Ekip, deneylerde tam olarak aynı parçacıklara ve çarpma bölgelerine çok çeşitli görüntüleme ve ölçümler uygulayabildiklerini, böylece, çok modlu bir görüş elde ettikleri yorumunda bulunuyorlar. “Aynı bölge ve malzeme üzerinde farklı lensler elde ediyoruz ve tüm bunları bir araya getirdiğinizde, neler olup bittiğine dair tek bir tekniğin tek başına sağlayamayacağı bir nicel ayrıntı zenginliğine sahip oluyorsunuz.”

Yeni bulgular, gereken deformasyon derecesi, bu deformasyonun ne kadar hızlı gerçekleştiği ve belirli herhangi bir metal veya işleme yöntemi için maksimum etki için kullanılacak sıcaklıklar hakkında rehberlik sağladığından, gerçek dünyadaki metal üretimine doğrudan uygulanabilir ve üretimde işleri değiştirebilir.

Opinyu 23.05.2022