تحول در صنعت فلزات؛ دانشمندان آلیاژی ساختند که دو برابر فولاد استحکام دارد
پژوهشگران استرالیایی موفق شدهاند نوعی آلیاژ جدید بسازند که استحکام آن دو برابر فولاد و سه برابر آلومینیوم است. این دستاورد نهتنها از منظر مقاومت فوقالعاده این ماده اهمیت دارد، بلکه بهدلیل روش ساخت متفاوت آن نیز توجه دانشمندان را به خود جلب کرده است؛ روشی که به دماهای بسیار پایینتری نسبت به فرآیندهای رایج نیاز دارد و میتواند تولید فلزات پیشرفته را ارزانتر و پایدارتر کند.
مهندسان دانشگاه موناش برای نخستین بار توانستهاند یک قطعه بزرگ و پیوسته از آلیاژ دیرگداز با آنتروپی بالا (RHEA) تولید کنند. این دسته از آلیاژها از چندین عنصر مختلف تشکیل میشوند و به دلیل پایداری بالا در شرایط سخت، گزینههایی جذاب برای کاربردهای صنعتی پیشرفته به شمار میروند.
به گزارش نیواطلس، آلیاژ جدید از پنج عنصر تیتانیوم، هافنیم، تانتالوم، نیوبیوم و زیرکونیوم ساخته شده است. برخلاف روشهای متداول تولید آلیاژ که نیازمند ذوب کامل فلزات در دماهای بسیار بالا هستند، پژوهشگران از فرآیندی با گرمایش آهسته و در دمای پایینتر استفاده کردند. این رویکرد باعث شد اتمهای عناصر مختلف بهطور خودبهخود در ساختاری منظم و بسیار پایدار آرایش پیدا کنند.
نتیجه این فرآیند، تشکیل ساختاری متشکل از سه فاز مختلف با نانوبلورهایی دارای آرایشهای بلوری متفاوت بود. این اجزا در مقیاس نانو بهگونهای به یکدیگر متصل شدند که ماده نهایی تقریباً فاقد نقصهای ساختاری رایج در فلزات باشد.
دانشمندان موفق شدند برای نخستین بار نمونهای حجیم و پیوسته از این آلیاژ تولید کنند و این موضوع اهمیت زیادی دارد، زیرا تاکنون چنین ساختارهای پیچیدهای معمولاً تنها در پوششهای نازک، لایههای سطحی یا نمونههای بسیار کوچک آزمایشگاهی مشاهده شده بودند.
آلیاژ جدید دارای استحکام فشاری بیش از ۲ گیگاپاسکال است و حدود دو برابر فولاد و سه برابر آلومینیوم مقاومت دارد
جیان-فنگ نیه، استاد دانشگاه موناش و یکی از نویسندگان مقاله میگوید مهمترین یافته پژوهش این است که اتمها میتوانند در قطعه فلزی بزرگ، بدون ایجاد نقصهای ساختاری، خود را بهصورت طبیعی سازماندهی کنند. به گفته او، این پدیده دیدگاه رایج درباره نحوه طراحی و ساخت آلیاژها را تغییر میدهد.
در گذشته، ساخت آلیاژهای جدید عمدتاً بر انتخاب نسبت مناسب عناصر مختلف متمرکز بود، اما پژوهش جدید نشان میدهد معماری اتمی حاصل از فرآیند گرمایش کنترلشده میتواند نقشی حتی مهمتر در تعیین خواص نهایی ماده داشته باشد.
- ساخت آلیاژ جدیدی از مس؛ مقاومتر از فولاد با توانایی تحمل دمای بسیار شدید06 اردیبهشت 04مطالعه '2
- پایان سلطنت سیلیکون؛ مواد نوظهوری که آینده را میسازند17 آذر 03مطالعه '16
آلیاژ جدید علاوه بر استحکام چشمگیر، شکلپذیری بالایی نیز دارد. این ویژگی به این معناست که ماده میتواند تحت کشش، نورد یا تغییر شکل قرار گیرد، بدون آنکه بهراحتی ترک بخورد یا بشکند. ترکیب همزمان استحکام زیاد و شکلپذیری مناسب، ویژگی نادری است که برای بسیاری از کاربردهای مهندسی اهمیت حیاتی دارد.
استحکام فشاری این ماده بیش از دو گیگاپاسکال اندازهگیری شده است که تقریباً دو برابر استحکام فولادهای متداول محسوب میشود. چنین ویژگیهایی میتواند این آلیاژ را به گزینهای جذاب برای استفاده در صنایع هوافضا، سامانههای انرژی، تجهیزات پیشرفته و فناوریهای نسل آینده تبدیل کند.
به گفته یانیس ونتیکوس، دیگر پژوهشگر دانشگاه موناش، تأثیر این کشف میتواند برای دهههای آینده ادامه داشته باشد و زمینهساز توسعه فناوریهایی شود که هنوز حتی تصور روشنی از آنها وجود ندارد.
پژوهشگران درحال بررسی دقیق برهمکنشهای اتمی در مقیاس نانو هستند تا بفهمند این ساختارهای پیچیده چگونه شکل میگیرند و چگونه در طول فرآیند گرمایش تکامل مییابند. درک بهتر این فرآیند میتواند راه را برای طراحی نسل جدیدی از مواد مهندسی با ویژگیهایی فراتر از مواد امروزی هموار کند.
این دستاورد نشان میدهد که شاید آینده علم مواد بیش از آنکه به یافتن عناصر جدید وابسته باشد، به یادگیری نحوه آرایش هوشمندانه اتمها در کنار یکدیگر بستگی داشته باشد.
پژوهش در ژورنال Science منتشر شده است.