Hybrid teknik til at producere stærkere nikkel til auto, medicinsk, fremstilling

Nikkel er et meget brugt metal i fremstillingsindustrien til både industrielle og avancerede materialeprocesser. Nu, Purdue University innovatører har skabt en hybrid teknik til at fremstille en ny form for nikkel, der kan hjælpe den fremtidige produktion af livreddende medicinsk udstyr, højteknologiske enheder og køretøjer med stærk korrosionsbestandig beskyttelse.

Purdue-teknikken involverer en proces, hvor højtydende elektroaflejring påføres på visse ledende substrater. Purdue -teamets arbejde udgives i decemberudgaven af Nanoskala .

En af de største udfordringer for producenter med nikkel er at håndtere de steder i metallerne, hvor de krystallinske korn krydser hinanden, som er kendt som grænseområderne. Disse konventionelle korngrænser kan styrke metaller til efterspørgsel efter høj styrke.

Imidlertid, de fungerer ofte som stresskoncentratorer, og de er sårbare steder for elektronspredning og korrosionsangreb. Som resultat, konventionelle grænser reducerer ofte duktiliteten, korrosionsbestandighed og elektrisk ledningsevne.

En anden specifik type grænse, meget mindre almindeligt i metaller som nikkel på grund af dets højstablende fejlenergi, kaldes en tvillingegrænse. Det unikke nikkel i en enkeltkrystallignende form indeholder ultrafin tvillingestruktur med høj tæthed, men få konventionelle korngrænser.

Dette særlige nikkel er blevet vist af Purdue-forskerne for at fremme styrke, duktilitet og forbedre korrosionsbestandigheden. Disse egenskaber er vigtige for producenter på tværs af flere industrier – inklusive bilindustrien, gas, olie og mikro-elektromekaniske enheder.

"Vi udviklede en hybridteknik til at skabe nikkelbelægninger med dobbelte grænser, der er stærke og korrosionsbestandige, " sagde Xinghang Zhang, en professor i materialeteknik ved Purdue's College of Engineering. "Vi ønsker, at vores arbejde inspirerer andre til at opfinde nye materialer med frisk sind."

Løsningen for forskerne på Purdue er at bruge et enkelt krystalunderlag som en vækstskabelon i forbindelse med en designet elektrokemisk opskrift for at fremme dannelsen af ​​tvillingegrænser og hæmme dannelsen af ​​konventionelle korngrænser. Tvillinggrænserne med høj tæthed bidrager med en høj mekanisk styrke på over 2 GPa, en lav korrosionsstrømtæthed på 6,91 × 10 ^-8 En cm ^-2 , og høj polarisationsmodstand på 516 kΩ.

"Vores teknologi gør det muligt at fremstille nanotvindede nikkelbelægninger med dobbeltgrænser med høj tæthed og få konventionelle korngrænser, hvilket fører til fremragende mekanisk, elektriske egenskaber og høj korrosionsbestandighed, tyder på god holdbarhed til applikationer i ekstreme miljøer, " sagde Qiang Li, en forskningsstipendiat i materialeteknik og medlem af forskerteamet. "Skabeloner og specifikke elektrokemiske opskrifter foreslår nye veje til grænseteknik, og hybridteknikken kan potentielt anvendes til storskala industrielle produktioner."

Potentielle anvendelser for denne Purdue-teknologi omfatter halvleder- og bilindustrien, som kræver metalliske materialer med avancerede elektriske og mekaniske egenskaber til fremstilling. Det nanotvindede nikkel kan påføres som korrosionsbestandige belægninger til bilen, gas- og olieindustrien.

Den nye nikkelhybridteknik kan potentielt integreres i den mikro-elektromekaniske systemindustri efter omhyggelige ingeniørdesign. MEMS medicinsk udstyr bruges i intensivafdelinger og andre hospitalsområder til at overvåge patienter.

De relevante tryksensorer og andre funktionelle småskalakomponenter i MEMS kræver brug af materialer med overlegen mekanisk og strukturel stabilitet og kemisk pålidelighed.