فلزات نانوساختار یافته چیست؟

فلزات نانوساختار یافته یک کلاس از مواد را نشان می دهند که در آن اندازه دانه عمدا مهندسی شده است تا کوچکتر از 100 نانومتر باشد، در این مقیاس، بخش حجم مرزهای دانه به طور چشمگیری افزایش می یابد، تغییر رفتار مکانیکی و فیزیکی اساسی بر خلاف فلزات ضخیم و ضخیم - با اندازه دانه های دانه به طور معمول از 10 تا 100 میکرو متر - نانو ساختار نشان می دهد انواع یک رابطه هال-Petch که منجر به تقویت مقاومت قابل توجه مانند تغییرات کششی می شود، حتی مانع از آن می شود.

تعریف نانومقیاس در فلزات

اصطلاح "nanostructured" طیف گسترده ای را پوشش می دهد: نانو کریستالی (اندازه دانه زیر 100 نانومتر)، فوق العاده روشن (100-500 نانومتر)، و ساختارهای نانو کامپوزیت اغلب، این مواد توسط تغییر شکل پلاستیک شدید تولید می شوند (به عنوان مثال، فشار زاویه ای برابر، فشار بالا بهrsion)، الکترود، یا تثبیت نتیجه برش، به عنوان یک مانع از تجزیه و تحلیل ذرات شدید، مانند محدودیت های شیب دار، به عنوان یک حرکت شیب بالا، به عنوان یک حرکت شیب دار، به عنوان یک حرکت شیب دار، به عنوان یک محیط های شیب دار، به عنوان یک حرکت شیب دار، به عنوان یک حرکت شیب بالا، به عنوان یک حرکت شیب بالا، به عنوان یک حرکت شیب دار، به عنوان یک محیط های شیب دار، مانند محدودیت های جوشکاری پویا و یا محدودیت های شیب دار، مانند محدودیت های شیب بالا، مانند محدودیت های شیب دار، مانند محدودیت های جوشکاری پویا و یا تجزیه و یا تجزیه و یا محدودیت های شیب بالا، به عنوان یک حرکت شیب دار، به عنوان یک حرکت شیب دار، به عنوان یک حرکت ضخامت، به عنوان یک حرکت شیب بالا، به عنوان یک حرکت ضخامت شیب دار، به عنوان یک حرکت شیب بالا، به عنوان یک حرکت شیب بالا، به عنوان یک حرکت فشرده سازی بالا، به عنوان یک حرکت

مزایای در حفاظت از توپی

رفتار مکانیکی منحصر به فرد فلزات نانوساختار یافته چندین مزیت متمایز برای سیستم های زرهی و محافظ ارائه می دهد که هر مزیت در فیزیک نانومقیاس ریشه دارد و به طور مستقیم محدودیت های مواد بالستیک معمولی مانند زره پوش همگن (RHA) فولاد یا کامپوزیت سرامیک را بررسی می کند.

  • قدرت مقاومت: اثر هال-Petch افزایش نزدیک به خط قدرت را فراهم می کند، زیرا اندازه دانه به حدود 10 -15 نانومتر کاهش می یابد، برای بسیاری از آلیاژهای نانو کریستالی، مقادیر قدرت می تواند 2 تا 5 برابر بیشتر از همتایان دانه دار ضخیم آنها باشد.
  • قدرت ویژه بالاتر (قدرت به وزن) اجازه می دهد طراحان زره پوش برای کاهش تراکم متوسط.برای مثال، آلیاژهای آلومینیوم نانوساختار یافته یا آلیاژهای منیزیم می توانند جایگزین فولاد در برخی از پانل های زرهی، برش وزن تا 30 تا 50٪ در حالی که حفظ حفاظت از معادل آن است، این مهم برای بهبود تحرک سرباز، بهره وری سوخت و تدارکات کلی است.
  • جذب انرژی پیشرفته: ترکیب قدرت و تحرک بالا در برخی از فلزات نانوساختار منجر به اتلاف انرژی عالی در طول تاثیر می شود، دانه های نانومقیاس می توانند توزیع یکنواخت تر از سویه را ترویج دهند، به تاخیر انداختن خرابی محلی، مکانیسم هایی مانند شیب کشویی و نفخ نانو می تواند انرژی خویشاوندی را جذب کند، یا نیروی انتقال داده شده را کاهش دهد.
  • افزایش دور بودن: مواد نانوساختار یافته اغلب مقاومت و خستگی بالاتر را نشان می دهند، به دلیل سختی و ساختار دانه های خوب آنها، این به صفحات زرهی که عملکرد بالستیک خود را پس از اثرات متعدد یا پس از قرار گرفتن در معرض شرایط سخت محیطی (به عنوان مثال، شن، رطوبت، دما شدید) حفظ می کند.

تحقیقات و توسعه فعلی

برنامه های تحقیقاتی فعال در سراسر جهان در حال بررسی سنتز، هویت و استفاده از مواد نانو کریستالی و آلیاژهای هستند، در حالی که تظاهرات آزمایشگاهی عملکرد قابل توجهی نشان داده است، چندین مانع باید قبل از استقرار بزرگ در مقیاس امکان پذیر باشد.

انواع آلیاژ های نانوساختار یافته تحت بررسی

اکثر تلاش ها بر روی فلزات ساختاری سبک تمرکز می کنند: آلومینیوم، تیتانیوم و آلیاژهای منیزیم و همچنین فولادهای با قدرت بالا.

  • [FLT: 1 ] تولید کنندگان از طریق cryomilling یا تغییر پلاستیک شدید، این آلیاژ می تواند نقاط قوت بیش از 1 GPa را در مقایسه با ~500 ⁇ در آزمایشات معمولی 7075-T6 نشان داده است مقاومت در برابر پروژه های فولاد-ک افزایش یافته است.
  • [Nanostructured تیتانیوم] (Ti-6Al-4V): نسخه های Ultrafine-LEDed نشان می دهد قدرت افزایش یافته (تا 1.4 GPa) در حالی که حفظ مقاومت خوردگی عالی و چگالی متوسط تیتانیوم آنها مورد مطالعه قرار می گیرند برای زره های سبک بدن و پوشش خودرو.
  • ساختارهای چند لایه و چند لایه: برخی از محققان فلزات را با ترکیبی از دانه های ضخیم و نانو مقیاس (bimodal) برای تعادل قدرت و انعطاف پذیری جایگزین، کامپوزیت های نانو (به عنوان مثال، لایه های Al /TiN) مقاومت نفوذ برتر با تخریب و هدایت گسترش ترک.

چالش های تولید و مقیاس پذیری

اکثر تکنیک های نانو ساختاری در حال حاضر گران، کند یا محدود به قطعات کوچک است.برای مثال، فشار زاویه ای برابر کانال (ECAP) می تواند بیلیارد را تا چند سانتی متر در قطر تولید کند؛ بالا فشار آوردن به سمت لوله های نازک (HPT) می تواند بستر های نازک را تنظیم کند، اما فقط لایه های نازک فلزی را تولید می کند - مانند گرماتیک باید باروت سنگین (دو) و با دقت بالا را تولید کند.

ثبات نانوساختارها تحت شرایط شدید

نگرانی کلیدی رشد دانه در دمای بالا یا گرمای شدید کم عمق در طول تاثیر بالستیک است.اگر فلزات نانوساختار یافته سفرهای حرارتی را در بالا -0.3-0.5 T در طول اثرات بالستیک تجربه می کنند، مرزهای دانه می تواند به سرعت، ضخیم کردن ساختار و از دست دادن مزایای قدرت است.

آینده Outlook و تکنولوژی های نوظهور

زمینه فلزات نانوساختار شده برای حفاظت از بالیستیک برای رشد آماده شده است، که توسط هر دو پیشرفت در علم بنیادی و تهدیدات در حال تکامل در میدان جنگ به وجود آمده است.

ادغام با کامپوزیت و سیستم های سرامیکی

زره آینده احتمالا هیبریدی خواهد بود، ترکیب صفحات فلزی نانوساختار یافته یا پوشش با سرامیک های پیشرفته (به عنوان مثال، boron، کاربید سیلیکون) و کامپوزیت های پلیمری. این فلز می تواند به عنوان یک لایه پشتیبان که قطعات سرامیک را جذب می کند و قابلیت چند ضربه را فراهم می کند، در حالی که قدرت نانو اجازه می دهد نازک تر، پشتیبانی سبک تر.

Smart Armor و Adaptive Systems

به عنوان مثال، ترکیب فلزات نانوساختار یافته به زره هوشمند - که در آن خواص مواد تغییر در پاسخ به یک تهدید - یک مرز است.به عنوان مثال، فلزهای نانو فعال یا مغناطیسی می توانند در زیر یک میدان الکتریکی سفت شوند درست قبل از تاثیر، یا پوشش های کاتالیزوری می تواند واکنش های شیمیایی را ایجاد کند که انرژی را از بین می برد، اما از طبیعت و مواد نانو ساختاری بهره مند می شوند.

کاهش هزینه از طریق تولید افزودنی

تولید افزودنی (3D چاپ) فلزات با نانوساختارهای کنترل شده می توانند ساخت زرهی را انقلابی سازند.هشیل پودر لیزر و رسوب انرژی هدایت شده می تواند با استفاده از جامد سازی سریع اندازه های دانه های خوب را به دست آورد. ترکیب تولید افزودنی با پردازش ترمکانیکی (به عنوان مثال، در داخل گرم کردن) ممکن است اجازه دهد تا قطعات بزرگ، پیچیده در زباله های پایین تر شود.

نتیجه گیری

فلزات نانوساختار یافته پتانسیل تحول پذیری برای حفاظت از بالستیک را دارند، ترکیب نادر از قدرت بالا، وزن نور و جذب انرژی استثنایی را ارائه می دهند، علی رغم چالش های قابل توجه در مقیاس پذیری تولید، ثبات حرارتی و هزینه، تحقیقات مداوم همچنان به فشار مرزهایی ادامه می دهد، زیرا روش های سنتز و استراتژی های یکپارچه سازی با سایر مواد، نسل بعدی سیستم های زرهی - سبک تر، پایدارتر، و موثرتر در حال تحول تهدیدات در حال تحول، احتمالا به این است که ما به طور فزاینده ای به این تغییر می دهیم و تغییر فلزات و نه تنها به این که چگونه یک پارادایم و ساختار افزوده می شود.

[[ویرایش] [۱]

  • [[ویرایش] [۱] [۱] [۲] [۲] [۲] [۳] [۱] [۱] [۲]] [۳] [۱]
  • [در این میان] [و از آن] به بعد، [از این رو]، [و] [و [از این رو]، [و] [و [از این رو] فلزات [از روی زمین]، از قدرت و سختی [از روی] به سختی [و [در برابر سختی ها] آسیب می زنند [[[۱]
  • [US DOE: Nanostructured Metals for Ballistic Protection] - بررسی