Røntgenkortlægning øger potentialet for letvægtsmagnesium

En verdensførste undersøgelse ledet af Monash University har opdaget en teknik og et fænomen, der kan bruges til at skabe stærkere, letvægts magnesiumlegeringer, der kunne forbedre den strukturelle integritet i bil- og rumfartsindustrien.

Udgivet i den prestigefyldte Naturkommunikation på fredag, 19 juli, forskere fra Monash University, CSIRO og Chongqing University opdagede et mønster af segregation af legeringselementer i tvillingegrænser ved at bruge røntgenkortlægning med atomopløsning ved meget lavere elektronspænding.

Ingeniører søger konstant stærke, letvægtsmaterialer til brug i biler, fly og i højhastighedskøretøjer for at forbedre brændstofeffektiviteten, aerodynamik, hastighed og vægtbelastning.

Fundet er væsentligt, da deformationen af ​​letvægtsmagnesium under termomekaniske processer og anvendelser forhindrer disse legeringer i at blive brugt mere udbredt i stedet for stål. Det har også betydning for andre lette legeringer såsom aluminium og titanium.

"Letvægtsmagnesium har et enormt potentiale for energieffektive og miljøvenlige anvendelser. Men adskillelsen i disse materialer er tilbøjelig til elektronstråleskader, "hovedforfatter professor Jian-Feng Nie, fra Monash University's Department of Materials Science and Engineering, sagde.

"Elektronstråleskaden er mest alvorlig, når adskilte opløste atomer bliver til en enkelt atomsøjle. Dette påvirker formbarheden, deformationsadfærd og spændings-kompressionsstyrke af smedede magnesiumprodukter.

"Vi demonstrerede, at det er muligt at løse denne vanskelighed ved at bruge røntgenkortlægning med atomopløsning ved en meget lavere accelererende spænding af elektroner [120kV] i stedet for 300kV, som er almindeligt brugt.

"Vi opdagede endvidere, at det nye segregationsmønster øger grænsenålningseffekten med mere end 30 gange, og skifter migrationsmekanismen for tvillingegrænsen fra den almindeligt accepterede tilstand til en ny."

Forskerne brugte en magnesiumlegering bestående af neodym og sølv som en del af deres undersøgelse. Denne legering har overlegne mekaniske egenskaber ved både omgivende og forhøjede temperaturer.

De fandt betydelige forbedringer i forskydningsspænding, 33 gange, og elastisk belastningsgrænse opstod, når tvillingegrænsen var befolket med neodym og sølv.

Den øgede ladningstæthed mellem sølv og neodym med magnesium indikerede en stærkere binding og styrkelse af tvillingen. Når der påføres kraft, magnesium skubbes mod neodymet og væk fra sølvet – hvilket skaber en stærkere, letvægtslegering.

"Vores arbejde viser, at atom-skalaanalyse af strukturen og kemien af ​​opløste stoffers adskillelse i metalliske legeringer med komplekse sammensætninger nu er mulig, " sagde professor Nie.