Ny proces kan forlænge metallernes levetid

Stærkere, lettere, billigere materialer er navnet på spillet i avanceret fremstilling. At holde omkostningerne nede på materialer, der er ens, hvis ikke mere, effektiv end tidligere er, hvordan virksomheder kommer videre - og, teoretisk set når forbrugerne vinder.

Men hvad nu hvis stærkere, lettere og billigere betyder kortere levetid for materialer, der bruges i biler? Det er det problem, et internationalt forskerteam ledet af vestlig materialetekniker Hamidreza Abdolvand tacklede i en ny undersøgelse udgivet af tidsskrifter med stor indflydelse Acta Materialia and Communications Materials.

Abdolvand, sammen med Western Engineering -kandidatstuderende Karim Louca og samarbejdspartnere ved European Synchrotron Radiation Facility and Arts et Métiers ParisTech, opdaget vigtige faktorer, der bidrager til deformation (ændring af form) af metaller, der bruges i biler og atomreaktorer, og udviklede nye modeller til at forudsige levetiden for disse materialer.

Det første trin i opdagelsen, sagde Abdolvand, var en bedre forståelse af "twinning"-en proces med krystalorientering, der sker med byggestenene i nano-størrelse af faste materialer, der undergår deformation.

"Tvillings rolle er meget vigtig inden for materialevidenskab, og i øjeblikket er det udfordrende for det videnskabelige samfund at forudsige dem, fordi deres begyndelse er en hurtig proces, sagde Abdolvand, der ledede undersøgelsen. "Med mit team og samarbejdspartnere, vi ønskede at finde ud af, hvordan de starter, under hvilke betingelser, og hvad de gør ved materialernes egenskaber. "

Tvillinger dannes, når der lægges belastning på, for eksempel, zirkonium eller magnesium. Førstnævnte bruges i atomreaktorer og sidstnævnte i biler. Tvillinger kan nogle gange forsvinde, når den samme belastning fjernes eller vendes, og processen med venskab kan være god og dårlig, Abdolvand forklarede:det kan forbedre duktiliteten i materialer - hvilket gør dem mere tilbøjelige til at omforme uden at gå i stykker - men det kan også få dem til at bryde, afhængig af belastning og lokaliserede belastningsforhold.

Længe før COVID-19-pandemien, Abdolvand og hans team rejste til Frankrig for at samarbejde med ESRF om at udføre 3-D synkrotron røntgendiffraktionseksperimenter på bil- og atomreaktordele med ESRF's ID11 beamline-et spil-skiftende udstyr, der bruges af forskere over hele verden.

"Målet var at forstå, hvad der sker på atomniveau og at relatere det til, hvordan materialet fungerer, "sagde Jonathan Wright, ID11 beamline -forsker ved ESRF.

Efter eksperimenterne, Louca efterbehandlede omhyggeligt de mere end 4 terabyte (4, 000 gigabyte) indsamlede diffraktionsbilleder. "Hans bidrag var afgørende for dette projekt, og hans hårde arbejde er eksemplarisk, sagde Abdolvand.

Næste, forskerne kombinerede deres resultater med krystalplasticitetsmodellering for at studere dannelsen og tilintetgørelsen af ​​tvillinger. Ved hjælp af meget tynde prøver, de påførte belastning og fandt ud af, at i de tidlige faser af plasticitet, venskabsfællesskab opstod med stress, men at belastningen ville lette med yderligere belastning.

"Disse fund er yderst vigtige i udviklingen af ​​nye modeller, der giver producenter og forskere mulighed for at forudsige, hvad der vil ske med et materiale, og på hvilket tidspunkt dette materiale vil begynde at mislykkes eller knække, sagde Abdolvand.

En ny model, der skal bruges til materialer, som tvilling blev udviklet, og fortrykket er i øjeblikket under revision.