Ein Forscherteam der Brown University und des Instituts für Metallforschung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat gefunden dass die Festigkeit von Metallen durch Variation der nanoskaligen Grenzen innerhalb der Atomstruktur des Metalls signifikant erhöht werden kann. Die Forschung eröffnet neue Möglichkeiten bei der Entwicklung von Hochleistungswerkstoffe .
Was ist eigentlich ein Nanotwin?
Nanotwins in der Metallurgie können als die winzigen linearen Grenzen definiert werden, die das Atomgitter der Metalle mit ähnlichen kristallinen Strukturen auf beiden Oberflächen begrenzen. Die Untersuchung von Nanotwins in Metallen ergab, dass diese Nanotwins in Metallen zur Stabilisierung der Fehler beitragen können, die durch entstehenkontinuierliche Belastung auf atomarer Ebene.
Die Nanotwins beschränken somit die Ansammlung von ermüdungsbedingten Defekten im Metall.
Das in der Wissenschaft Journal erklärt, wie eine Änderung des Abstands zwischen den beiden identischen Zwillingsgrenzen zu bemerkenswerten Fortschritten im Metall führen kann, wodurch die Festigkeit und Haltbarkeit des Metalls erhöht wird. Diese neue Entdeckung widerspricht dem Gedanken eines regelmäßigen Abstands über die gesamte Länge des Metallsund zeigt, dass Unregelmäßigkeiten tatsächlich die Festigkeit der Metallatome erhöhen können.
Professor Huajian Gao, Co-Leiter der Forschungsarbeit an der Brown School of Engineering, zitierte, dass diese neue Erfindung Tore für die neue Herstellungstechnologie öffnen wird, die Materialien mit erhöhter Elastizität und Haltbarkeit liefert.
„Diese Arbeit befasst sich mit dem, was als Gradientenmaterial bekannt ist, dh mit einem Material, bei dem die innere Zusammensetzung allmählich variiert“, Gao. sagte . „Gradientenmaterialien sind ein heißes Forschungsgebiet, da sie im Vergleich zu homogenen Materialien häufig wünschenswerte Eigenschaften aufweisen. In diesem Fall wollten wir sehen, ob ein Gradient im Nanotwin-Abstand neue Eigenschaften hervorbringt.“
Das Experiment und seine Beobachtungen
Das von Professor Gao und seinen Kollegen geleitete Forscherteam hat bereits gezeigt, dass Nanotwins in den Metallen das Potenzial des Materials erhöhen können. Beispielsweise zeigte Nanotwins-Kupfer im Vergleich zu normalem Standardkupfer eine signifikant höhere Festigkeit bei einer außergewöhnlich erhöhten Ermüdungsbeständigkeit.
Die Studie ist jedoch nur der Anfang der Forschung zur Untersuchung der Folgen unregelmäßiger Nanotwin-Abstände.
Im Experiment produzierte das Team vier verschiedene Komponenten mit unterschiedlichem Nanotwin-Abstand. Die Proben bildeten unterschiedliche Anteile von vier Komponenten, die über die Breite der Probe in unterschiedlichen Reihenfolgen angeordnet waren.
Die Festigkeit dieser Proben wurde anhand jeder Verbundprobe und auch anhand der Festigkeit der Komponenten untersucht. Der Test ergab, dass alle Verbundwerkstoffe eine viel höhere Festigkeit aufwiesen als der kombinierte Durchschnitt der vier Komponenten.
Einige andere Tests haben weiter gezeigt, dass die Verbundwerkstoffe eine höhere Kaltverfestigungsrate aufweisen.
Um die Funktionsweise von Nanotwins besser zu verstehen, wurden Computersimulationen verwendet, die zeigten, dass die Versetzungsdichte im Gradientenkupfer im Vergleich zum Standardmetall viel höher ist.
Das Forscherteam hofft, die gleichen Nanotwin-Modifikationen in anderen Elementen herauszufinden, um eine verbesserte Version der Metalle herzustellen.
Via : Brown University