آلیاژ کرکونی رکورد های قدرت را شکست علم مواد پیشرفت می کند

یک ماده ی پیشگام ظهور کرده است که درک متعارف از قدرت و دوام را به چالش می کشد.دانشمندان آزمایشگاه ملی لورنس برکلی و آزمایشگاه ملی اُک ریج آلیاژ ارتوپیه بالایی از CrCoNi را توسعه داده اند، یک فیوژن قابل توجه از کروم، کوبالت و نیکل است که نشان می دهد مقاومت بی سابقه، به خصوص در محیط های بسیار سرد.

CrCoNi نشان دهنده یک انحراف قابل توجهی از اصول طراحی آلیاژ سنتی است. بر خلاف آلیاژ های معمولی که به یک عنصر غالب متکی هستند،آلیاژ های ارتوپیا بالا (HEAs) شامل عناصر متعدد در نسبت های تقریبا برابر هستنداین رویکرد نوآورانه مواد با خواص فوق العاده ای را ایجاد می کند که قبلا غیرممکن بود.

در حالی که مفهوم HEAs دو دهه پیش پیشنهاد شد، پیشرفت های اخیر در فناوری های آزمایش مواد به محققان اجازه داده است تا به طور کامل پتانسیل خود را کشف کنند.آلیاژ CrCoNi در شرایط شدید ویژگی های بسیار خوبی را نشان داده است..

پروفسور رابرت ریچی از UC Berkeley و پروفسور ایزو جورج از دانشگاه تنسی تحقیقات CrCoNi را رهبری کرده اند.تحقیقات یک دهه ای آنها با مشاهدات از سختی استثنایی آلیاژ در دمای نیتروژن مایع (-200 درجه سانتیگراد) آغاز شدسپس این تیم تحقیقات خود را به دمای هلیوم مایع (-250 درجه سانتیگراد) منتقل کردند تا محدودیت های نهایی عملکرد این ماده را کشف کنند.

سفتی، اندازه گیری حیاتی مقاومت مواد در برابر شکستگی، ترکیبی از قدرت (مقاومت در برابر تغییر شکل) و انعطاف پذیری (توانایی تغییر شکل قبل از شکستن) است.روش های آزمایش شامل اعمال تنش تا شکستگی در حالی که اندازه گیری نیروی مورد نیاز است، یا اندازه گیری نیروی مورد نیاز برای گسترش ترک های موجود.

یافته های این تیم تحقیقاتی که در مجله معتبرعلم، عملکرد CrCoNi را در دمای هلیوم مایع توضیح می دهد. با استفاده از تکنیک های پیشرفته از جمله difraksion نوترون، difraksion backscatter الکترون و میکروسکوپی الکترون انتقال،دانشمندان تحلیل کردند که چگونه ساختار اتمی آلیاژ به قدرت استثنایی آن کمک می کند.

"در دمای نزدیک به هلیوم مایع (20 کلوین، -424 درجه فارنهایت) ، مقاومت شکستگی این ماده به 500 MPa√m می رسد.و بهترين فولاد ها حدود 100"پنجصد شگفت انگیز است،" پروفسور ریچی توضیح داد.

خواص خارق العاده CrCoNi ناشی از رفتار منحصر به فرد اتمی تحت استرس است.ساختار شبکه ای آلیاژ تحت تحولات پیچیده ای با تعاملات اتمی و تنظیم مجدد سلول واحد قرار می گیرد. این مکانیسم های دنباله دار با هم کار می کنند تا از شکستگی جلوگیری کنند

پروفسور اندرو مینور از دانشگاه برکلی می گوید: "ساختاری که در ابتدا به عنوان دانه ها شکل می گیرد، در طول تغییر شکل آن به طرز قابل توجهی پیچیده می شود."این تحول مقاومت شکستگی استثنایی آن را توضیح می دهد. "

مقاومت کریوجنیک CrCoNi آن را برای کاربردهای سخت مناسب می کند:

• اکتشافات فضايي:این آلیاژ می تواند حفاظت حیاتی برای فضاپیما در شرایط سخت فضا فراهم کند.
• همجوشی هسته ای:توانایی مقاومت در برابر دماهای شدید و تشعشعات نشان دهنده استفاده های بالقوه در اجزای راکتور همجوشی است.

فراتر از CrCoNi، دسته گسترده تر HEA نشان دهنده یک تحول در علوم مواد است. این آلیاژها درک ما از روابط ساختار-خصائص را در فلزات دوباره تعریف می کنند.پژوهش های کنونی در مورد کاربردهای موتورهای جت بررسی می شود، سیستم های زره و تکنولوژی هسته ای.

هوش مصنوعی با کمک به محققان برای حرکت در امکانات ترکیب گسترده برای شناسایی ترکیبی بهینه برای کاربردهای خاص، توسعه HEA را تسریع می کند.

در حالی که امیدبخش است، اجرای HEA با چندین مانع مواجه است:

• پیچیدگی ترکیب:فضای طراحی عظیم باعث می شود انتخاب عناصر بهینه چالش برانگیز باشد.
• هزینه های تولید:فرآیند های تولیدی تخصصی می تواند هزینه ها را افزایش دهد.
• پیش بینی عملکرد:ترکیب پیچیده پیش بینی املاک را دشوار می کند.

راه حل های در حال ظهور شامل طراحی با کمک هوش مصنوعی، تکنیک های تولید جدید مانند روش های افزودنی و رویکردهای مدل سازی چند مقیاس است.

توسعه آلیاژ ارتودنسی CrCoNi یک نقطه عطف مهم در علم مواد است.خواص استثنایی آن و پتانسیل گسترده ای از HEAs وعده می دهد تا کاربردهای مهندسی را در صنایع مختلف تغییر دهددر حالی که چالش هایی برای استفاده گسترده از این مواد پیشرفته وجود دارد، تحقیقات و نوآوری های تکنولوژیکی به احتمال زیاد این موانع را از بین می برند.که به دوران جدیدی از عملکرد مواد منجر می شود..