Team bruger svær deformationsmetode på magnetiske bulklegeringer for høj ydeevne

I en kollaborativ undersøgelse, der involverer Equal Channel Angular Extrusion (ECAE), en unik proces med alvorlig plastisk deformation (SPD), forskere Dr. Ibrahim Karaman fra Texas A&M University og Dr. Don Susan og Andrew Kustas fra Sandia National Laboratories var i stand til at forbedre de mekaniske egenskaber af magnetiske legeringer uden at ændre deres magnetiske egenskaber gennem mikrostrukturel raffinement. Denne proces har tidligere vist sig at være besværlig.

Produktion af højtydende magnetiske legeringer og andre intermetalliske materialer kan vise sig at være særligt nyttige i rumfarts- og rumudforskning, hvor materialer skal tåle barske miljøer, herunder ekstreme temperaturer, chok, og vibration.

ECAE tvinger en stang af metallisk eller polymert materiale i en 90-graders vinkel gennem en matricekanal. Denne proces inducerer SPD uden ændringer i prøvens tværsnitsareal.

Oprindeligt arbejdede forskerne ved Sandia National Laboratories og Texas A&M sammen om et andet emne, der involverede formhukommelseslegeringer. De indså hurtigt potentialet i at kombinere styrkerne ved deres respektive faciliteter på en helt ny undersøgelse og anvendte efterfølgende erfaringerne på magnetiske legeringer.

Sandia så behovet for at fremstille magnetiske legeringer i bulk, der demonstrerer overlegne mekaniske egenskaber. Fordi ECAE tillader, at materialers mikrostruktur kan ændres drastisk uden at påvirke dets tværsnitsareal, større prøver med dimensioner større end en tomme kunne fremstilles, mens de mekaniske egenskaber blev forbedret samtidigt.

"Jeg var oprindeligt skeptisk over for at øge styrken af ​​de særlige materialer, samtidig med at de magnetiske egenskaber ikke blev påvirket, " sagde Dr. Ibrahim Karaman, afdelingsleder for Institut for Materialevidenskab og Teknik ved Texas A&M. "Imidlertid, gennem samarbejde med Sandia-forskere, vi var i stand til at opnå det, vi drømte om, og det førte til en patentansøgning for ECAE-behandlede bløde magnetiske legeringer."

Forskere ved Texas A&M udførte ECAE-behandlingen og nogle mikrostrukturelle karakteriseringer og mekaniske tests. Sandia tog disse resultater og administrerede yderligere mikrostrukturel og mekanisk karakterisering og test af magnetiske egenskaber.

"ECAE-processen har været et nøgleelement i Texas A&M-materialebehandlingsforskning i de sidste to årtier, og vi har anvendt denne teknik på mange ukonventionelle materialer med succes, " sagde Karaman.

"ECAE er traditionelt blevet anvendt på almindelige materialer såsom aluminium, kobber, eller stål, " sagde Dr. Don Susan, hovedmedlem af teknisk personale hos Sandia, som tilføjede, at disse materialer var formbare og let manipulerede og tog formen af ​​formen med lethed. "Dette arbejde var banebrydende, fordi det forsøgte ECAE på en sprød intermetallisk legering."

Konventionelt en kold temperatur proces, holdet var nødt til at eksperimentere med højtemperatur ECAE, som ikke var blevet udforsket meget i magnetiske legeringer.

"Sandia-forskere ønskede at anvende ECAE på magnetiske legeringer med lav styrke og ekstrem skørhed, såsom Fe-Co-V, " sagde Karaman.

Som resultat, deres arbejde var i stand til at vise, at ECAE kan udføres under ekstreme forarbejdningsforhold ved at producere højtydende legeringer, der kan modstå krævende mekaniske miljøer.

"Vi tror, ​​der kan være muligheder for at anvende ECAE på andre intermetalliske legeringer, såsom Fe-Si eller Ni-Ti, at forfine deres mikrostrukturer og også forbedre egenskaber, " sagde Susan. "Disse eksperimenter har åbnet døren for yderligere undersøgelser på området."

"Nu forfølger Sandia en opskalering af processen med et spin-off firma fra Texas A&M for at kontrollere de magnetiske og mekaniske egenskaber i industriel skala af disse magnetiske legeringer, " sagde Karaman. "Det er spændende for os at se frugten af ​​vores fælles samarbejde."

Resultaterne er elektronisk offentliggjort på Cambridge Core i Journal of Materials Research af Cambridge University Press.