Indsigt kan føre til design og udvikling af overlegne metallegeringer

Et internationalt forskningssamarbejde ledet af forskere ved City University of Hong Kong (CityU) har forklaret en langvarig termodynamisk inkonsekvens i dannelsen af ​​en klasse af metallisk glas, der kan føre til udviklingen af ​​nye, bedre metalliske legeringer.

Metallisk glas anses for at være et avanceret materiale på grund af dets exceptionelle fysiske egenskaber, såsom overlegen styrke, hårdhed, have på, modstandsdygtighed over for korrosion og formbarhed. Det bruges i en række applikationer, såsom medicinsk udstyr, transformere og sportsudstyr.

Professor Xun-Li Wang, Professor i fysik og leder af Institut for Fysik og Materialevidenskab i CityU, hvem stod i spidsen for projektet, sagde opdagelsen af ​​en skjult amorf fase i palladium-nikkel-fosfor metallisk glas er en vigtig observation i glasfysik.

Forskningen er netop blevet offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift Naturkommunikation .

"Vi kan nu undersøge, hvordan man producerer eller inducerer denne amorfe fase i metallisk glas, så vi kan justere materialets egenskaber i større størrelser for bedre anvendelser, " sagde professor Wang.

Et langvarigt problem inden for metallisk glasforskning havde været at løse pakningen af ​​atomer i materialet, fordi strukturen bestemmer egenskaber.

I modsætning til de fleste metaller, hvor atomerne er pakket ind i regulære arrays, metalliske glas er sammensat af atomer i et uordnet arrangement; det er denne såkaldte amorfe struktur, der giver disse materialer værdifulde egenskaber.

I et verdensførste eksperiment, udført på Australian Center for Neutron Scattering, en afgørende skjult amorf fase blev afsløret.

"Vi målte småvinklet neutronspredning (SANS), mens vi opvarmede glasset for at vurdere ændringer i dets struktur, mens samtidigt, måling af ændringer i mængden af ​​varme, materialet absorberede ved hjælp af en metode kaldet differential scanning kalorimetri, " sagde QUOKKA instrument videnskabsmand, Dr. Elliot Gilbert, en medforfatter på papiret.

"Du kan simpelthen ikke udføre denne måling andre steder i verden. Det specielle apparat, der blev brugt i eksperimenterne, er udviklet her på ANSTO. Vi er det eneste anlæg i verden, hvor SANS og differential scanning kalorimetri kan måles på samme tid. tid.

Den måde, man kan udføre disse eksperimenter på, er typisk at tage materialet og studere det med en række forskellige teknikker, men desværre, ikke på samme tid. Når man forsøger at relatere de strukturelle ændringer, der sker under opvarmning, du kan simpelthen ikke være sikker på, at de data, du indsamler fra én måling, kan relateres til en anden, hvis de er indsamlet ved hjælp af forskellige temperatursonder eller på forskellige tidspunkter, måske måneders mellemrum.

Vi var i stand til direkte at korrelere ændringer i materialets struktur med den energi, der kræves for, at strukturen kunne ændre sig, sagde Gilbert.

Synchrotron røntgenmålinger ved Argonne National Laboratory gav oplysninger om atomlængdeskalaen, der viste en omarrangering af atomklynger med temperatur. Dette blev suppleret med undersøgelser ved Hokkaido Universitet i Japan, hvor højopløsningsmikroskopibilleder og elektrondiffraktionsmønstre blev erhvervet.

"Ved at samle forskere fra hele verden, denne opdagelse åbner en måde at manipulere behandlingsbetingelserne for disse materialer, såsom varmebehandling, at skabe fordelagtig adfærd, sagde Gilbert.