تحليل مدى قوة الثبات في نوففيل

مقدمة: وعد المعادن الآمورفة

وقد تركز السعي إلى الحصول على مواد هيكلية متقدمة على التغلب على المفاضلة بين القوة والقوة، إذ يمكن أن تكون الفلزات الكريستالية قوية ولكنها غالبا ما تكون متفرقة، في حين أن المحاور القوية قد تفتقر إلى قوة عالية، كما أن النظارات الفلزية - المعروفة أيضاً باسم السكك الحديدية - التي توفر مزيجاً فريداً من القوة العالية، والحدود البلاستيكية الجامدة (حوالي 2 في المائة، والمعادل البلاستيكي) ومقاومة الاضطرابات الفاسدة.

ما الذي يجعل "الكلاب المميتة" فريدة من نوعها؟

(أ) إن النظارات المعدنية تنتج عن تهدئة المحارم بمعدلات تتجاوز 105-10 كيلو مترات، وتتجاوز الترميز البلوري، وتغلق هذه العملية الذرات في شكل بلاستيكي غير مكتمل، وزئير، وينطوي على شكل زائف، وعادة ما تُفسر أشكال البلاستيك المزروعة، وبدلاً من ذلك، الخواص البلاستيكية .

وقد قام دوفيز وزملاء في كالتيتش بتوليف أول كأس معدني في عام 1960 باستخدام سبيكة ذهبية، ومنذ ذلك الحين، طور الباحثون أسرة واسعة من التكوينات، بما في ذلك النظارات الفلزية السائبة، مع وجود مسامير حرجة تتجاوز عدة سنتيمترات، مثل تلك التي تستند إلى الزركونيوم والبلاديوم، والبلاتينوم.

أهم أنواع النظارات المعدنية

• High yield strength:] Often two-3 times stronger than corresponding plasticline alloys.
• Large elastic strain limit:] ~2%، مقارنة بنسبة ~0.2% للمعادن الكريستالية النموذجية.
• Excellent wear resistance] and high hardness.
• Superior corrosion resistance] due to chemical homogeneity and lack of grain boundaries.
• Near-net-shape processing:] can be formed by thermoplastic forming in the supercooled liquid region.

ورغم هذه المزايا، فإن العديد من النظارات المعدنية تعرض محدودية الطقوس المتشابكة ] في درجة حرارة الغرفة، مع انخفاض نسبة الفشل في كثير من الأحيان إلى أقل من 0.5-2 في المائة، وهذا الرشوة يرتبط ارتباطاً وثيقاً بقسوة كسرها، والتحدي الذي يتمثل في ذلك في تطوير تركيبات زجاجية معدنية وهياكل صغيرة (بما في ذلك المركبات) تحقق في نفس الوقت قوة عالية وناة.

أساسيات السعال المكتظ

Fracture 2Flitness (K1c) quantifies a material’s ability to resist catastrophic crack growth. It is defined as the stress intensity factor at which a pre-exlineing crack starts to propagate. For linear elastic materials, K

فالهيكل الطموحي يؤثر على الفتح والتشهير بطرق مختلفة عن الفلزات البلورية، وفي البلورات، تهتز بقشيش الكراك عن طريق الانبعاث والتدليس، واستيعاب الطاقة، وفي النظارات الفلزية، تركز التشهير البلاستيكي على نطاقات البلاستيك التي تتحكم فيها بسرعة، وينطوي على اضطرابات بلاستيكية، وينطوي على نطاق ضيق )١٠-١٠٠( من منافسات الصدرية شديدة.

فرق الصراخ: مفتاح القوّة

فضم الأظافر هو آلية التشوه المهيمنة، وعندما يتم التشديد على الزجاج المعدني، فإن الترتيبات الذرية المحلية لتكوين فرقة قذيفة، ويقرر نشر هذه الفرق وتوقيفها سلوك الكسور، وتروج المصانع التي تشجع على ضم الأنهار المتعددة وتكبت مجرى الصاروخ العازل منفرد القلب، ستعزز القوة:

• Free volume:] Regions of excesstom volume serve as sites for STZ activation. Higher free volume can promote diffuse shear banding but also may accelerate damage if excessive.
• Stress state:] Triaxial constraint reduces plastic zone size, leading to brittle fracture; plane stress conditions allow larger plastic zones and higher hardness.
• Temperature:] Raising temperature increases shear banding and blunting, thus raising hardness. Some BMGs exhibit a ductile-to-brittle transition upon cooling.
• التنافر التنافر التناظري: ] Introducing ductile precipitates (forming a metal glass composite) can deflect or arrest shear bands, greatly increasing hardness.

وقد تبين من الانجازات الأساسية أن بعض النظارات المتعددة الفلزات ذات المستوى الأحادي (المرحلة الأولى) يمكن أن تظهر بشكل مفاجئ قسوة كسور عالية، وعلى سبيل المثال، فإن نسبة التراكم الأحيائي القائمة على الفصيلة (Pt57.5Cu14.7Ni5.3P22.5) قد أظهرت J)(1)(ج) تبلغ حوالي 107 كيلوجول/م2، وتعادل]

أساليب تحليل التقلبات

ويتطلب القياس الدقيق للقسوة الكسورية في الكؤوس المعدنية إعداد العينات بعناية والاهتمام بالجيولوجيا، لا سيما بسبب محدودية قدرة هذه المركبات على الصمود وحساسيتها من الحشرات، وتشمل الاختبارات الموحدة المشتركة ما يلي:

1 - اختبار البيوم المُصاب بمرض العُرقة (SENB)

ويستخدم اختبار " سيني بي " على نطاق واسع في النظارات الفلزية، ويُحمل في ثلاث نقاط أو أربع نقاط، ويُسجل منحنى التحميل، ويُحسب [الطاقة الثابتة] [الطاقة الثابتة] [الضوءية] [الضوء المختلط](ج).

2. Compact Tension (CT) and Disk-Shaped Compact Tension (DCT) Specimens

وهذه أكثر تعقيداً ولكنها تسمح باختبار كميات أكبر، فالتعقب المسبق للثكنات هو معيار، ويتم تحليل أثر التشريد لتحديد [(FLT:0]J)(1)(ج) عن طريق أسلوب التطبيع، وتستخدم العينات من نوع (CT) عادة في أجهزة تكييف BMGs.

3- مدى صعوبة تحديد الهوية

ويمكن استخدام اقتحام المصابين بالفيكرات، أو فحصها بسرعة، حيث يخلق طبيب أسنان حاد انطباعاً بلاستيكياً مع قطع من الزوايا، وينتج عن طول الرفوف وحمولة التثبيت صعوبة واضحة، غير أن هذه الطريقة شبه عملية وقد تزيد من تقدير القوة على النظارات الفلزية بسبب عدم وجود مسار حاد ومجال الإجهاد المتبقي.

4. In-Situ] Fractography and Electron Microscopy

ويكشف فحص أسطح الكسور بعد الوفاة باستخدام مسح الميكروسكوب الإلكترونية عن خصائص مثل أنماط الأوردة (إرشاداً لفشل الخلايا مع عدم استقرار مسببات للقلب) والمناطق المروية السلسة (التكرار في الفشل في الرشوة) ويمكن للجهاز المغنطيسي للأشعة السينية الذي يشته الطاقة أن يقيّم التأثيرات التراكمية.

(ب) التقنيات المتقدمة مثل synchrotron X-ray tomography] أثناء التحميل، تتيح الآن رؤية 3D للنشر الشقيقي وتطور نطاق الشظايا في الوقت الحقيقي، مما يوفر رؤية غير مسبوقة [2].

التطورات الأخيرة في تعزيز القدرة على التموين

وعلى مدى العقد الماضي، أحرز تقدم كبير في تصميم النظارات الفلزية التي تتسم بصعوبة بالغة في كسر الكسور، وتسود ثلاثة استراتيجيات هي:

التكوين التكويني استنادا إلى نسبة بويسسون

وقد أقامت بحوث ليواندوسكي وزملاء العمل علاقة بين نسبة بويسسون )في( وقسوة الكسور الفلزية، وتميل التكوينات التي تبلغ فيها نسبة ال٠,٤ إلى أن تكون محمولة وقوية، بينما يميل الذين يضيفون نموذجا للجملة إلى ٠,٣٣ إلى الرشوة، وقد استرشدت هذه القاعدة العملية في تطوير سبيكات جديدة، مثل نسب الكسب العالي.

تصميم الهياكل الأساسية الدقيقة: مجمعات غلاس المميتليك

ومن أكثر الطرق فعالية لتعزيز الكسر في الكسر استحداث حرف بلوري آخر على خط الخلايا أو الجسيمات الخزفية - في المصفوفة الزجاجية - هذه المبيدات المركبة - - بلورات الزجاجية المؤلفة من خليط متعدد الكلور (BMGCs) ، استغلال فكرة " الاختصار " .

العلاج الحراري

ويؤدي الإغناء عن درجة الحرارة التي تقل عن درجة الانتقال الزجاجي (استرخاء الهياكل) إلى خفض الحجم الحر، ورش الزجاج، وعلى العكس من ذلك، فإن عمليات إعادة التأجير - عن طريق الاختلال البلاستيكي الشديد (مثلاً، التدحرج البارد، التآكل الشديد في السائل) أو التدوير المبرد يؤدي إلى زيادة الحجم الحر، مما يعزز التكاثر في عدد الجرعات ويزيد من القوة.

وثمة تقدم ملحوظ آخر هو اكتشاف " تعزيز الاعتداد بالبلورة الخاضعة للرقابة " .Nnocrystallites (5-20 nm) الموزعة في مصفوفة الأمورافو يمكن أن تشكل عقبات أمام انتشار اللصوصية، مثل المركبين، غير أنه يجب تجنب البلورة المفرطة، حيث أن البلورات الكبيرة تؤدي إلى التكاثر.

الآثار المترتبة على التطبيقات المستقبلية

وتزيد القدرة على تصميم قوة الكسور في الكؤوس الفلزية من إمكاناتها إلى ما وراء المناطق المتخصصة (مثلاً، رؤساء نوادي الغولف، وحالات الهاتف الخلوي، والملابس الإلكترونية) في المطالبة بأدوار هيكلية:

• Aerospace and defense:] Light weight, high-strength, and corrosion-resistant fasteners, springs, and armor panels.
• Biomedical:] Biocompatible metal glass (e.g- and Zr-based) for bone das, stents, and surgical instruments, with hardness sufficient to avoid brittle failure.
• Microelectromechanical systems (MEMS)] and microgears: High yield strength and elastic strain make them ideal for small, highly stressed components.
• Wear coatings:] Applied by thermal spray or sputtering, hard metal glass coatings can protect turbine blades and cutting tools.

ويقتضي كل طلب توازناً محدداً من المصاعب وغيرها من الممتلكات، فعلى سبيل المثال، تتطلب الزرع الطبي الأحيائي مزيجاً من القوة العالية، ومقاومة التآكل، والقابلية للتطابق الأحيائي - وهو تحد يواجهه الباحثون عن طريق السكك الحديدية مع عناصر غير سمية مثل تي ونب وتا وزور.

وتشمل التحديات الحالية في مجال التصنيع محدودية حجم الغازات المحتوية على البكالوريوس (السمك الحرج) وارتفاع تكلفة بعض العناصر الملتوية، غير أن التقدم المستمر في أساليب المعالجة، مثل التصنيع الإضافي (الذوبان الانتقائية للليزر) والتشكيل الحراري، يعد بإنتاج أجزاء كبيرة من الشباك الصافية ذات خصائص موحدة [5].

الخلاصة: رأس الطريق

فالتقوية المفاجئة هي الملكية المحورية التي تحدد ما إذا كانت النظارات الفلزية تنتقل من الفضول المختبرية إلى مواد هندسية موثوقة، والفهم الذي يعتبره نطاق التردد، ونسبة بوسسون، وحجمها الحر، وتنوعها في الهياكل الأساسية، قد أدى إلى تطوير التركيبات والمركبات التي تتنافس على أفضل المحاور البلورية.

وبتحليل وتعزيز القوة الكسورية بصورة منهجية، فإننا لا نكتفي بتحسين البارامترات؛ ونحن نفتح الإمكانات الكاملة لفئة ثورية من المواد.

المراجع والقراءة الإضافية

[1] Schroers, J., " Johnson, W. L. (2004). Ductile bulk metal glass. ]Physical Review Letters], 93(25), 255506. Link

[2] Hufnagel, T. C., Schuh, C. A., " Falk, M. L. (2016). Deformation of metal glass: Recent developments in theory, simulations, and experiments. Acta Materialia, 109, 375-393. DOI[FLT:]:

[3] Hays, C., Kim, C. P., " Johnson, W. L. (2000). Microstructure controlled shear band pattern formation and enhanced plasticity of bulk metal glass containing in situ formed ductile phase dendrite dispersions. Physical Review Letters, 84(13), 2901.

[4] Ketov, S. V., et al (2015): Rejuvenation of metal glass by non-affine thermal strain. Nature Communications, 6, 10485. ]Link

[5] Pauly, S., et al (2013). Processing metal glass by selective laser melting. Materials Today, 16(1-2), 37-41. DOI