מגמות מתפתחות ב-Nanostructured Metals לשיפור תכונות מכניות

מתכות בנויות יש קטזז שינוי פרדיגמה בהנדסה חומרים, המציע תכונות מכניות כי הרבה יותר על אלה של עמיתים קוארזה-goku קונבנציונלי. על ידי הנדסה דגנים מתחת 100 ננומטרים, החוקרים לפתוח כוח חסר תקדים, קשיחות, ללבוש התנגדות.עם זאת, הדרך לאימוץ מעשי הוא סלול עם אתגרים, במיוחד בשמירה על דוקטריות ולהבטיח יציבות תרמית.

יסודות של מתכת ננובנה

בלב של מתכות ננוורות שוכנת מערכת היחסים של הול-פטר: ירידה בגודל הדגנים מגבירה את עוצמת התשואות על ידי דחיית תנועה של פירוק נוזלים. כאשר גרגרי דגנים מתכווץ nanoscale, נפח של גבולות דגנים הופך משמעותי, באופן יסודי משנה את מנגנוני עיוות הפלסטיק.בניגוד מתכות קונבנציונליות שבו פירוק דגנים מתעממים בקלות, ננו-מבנים דגנים כוח מתפורר כדי אינטראקציה עם גבולות בשפע, הלחץ הנדרש עבור שינויים מוקדמים של שני דחיסות גבוהה יותר, אך לעתים קרובות יכול להיות מסוגל להגביר את אותם כוח טמפרטורות גבוהות יותר מאשר אלה.

מחקרים אחרונים הוכיחו כי לא רק גודל דגנים אלא גם אופי גבול דגנים מרקם לשחק תפקידים קריטיים.גבולות דגנים גבוהים יעילים יותר לחסום פערים מאשר גבולות סבך נמוך, בעוד התפלגות בגודל גרגר אחיד מסייעת לעכב צוואר.בנוסף, נוכחות של ננווטנים, ערימה תקלות, וטרכיוני מיקוד אחרים יכולים לשפר את הכוח ללא הקרבה יותר מדי של שכפול.

טכניקות Synthesis מתקדמות

מספר עיוותים פלסטיים (SPD)

כמה תהליכים של פיזור פלסטי, כגון גישור שווה ערוצים (ECAP), מומנטום בלחץ גבוה (HPT), ו אג"ח גלילי מצטבר (ARB), נשאר בחזית של ייצור מתכות nanostructured מסיבית סגסוגת ECAP, חיוב משופר שוב ושוב על ידי ירידה חדה של אלומיניום חד, הטלת מתח עז כי דגנים למטה כדי subn-cogian פחות מ דחוסים, 000 דחוסים, 000 דגנים איטי יותר דחוסים, 000 דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דגנים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים יותר דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דגנים דגנים דחוסים דחוסים דגנים דגנים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים לעתים קרובות יותר דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים

אלקטרודה וכימיקלים Vapor Deposition

אלקטרודה שימשה זמן רב לייצר ציפויים nanostructured וסרטים משוחררים. על ידי שליטה על קומפוזיציה האמבטיה, צפיפות נוכחית ותוספים, ניקל ננוקריסטל, נחושת, אבץ עם גדלים דגנים עד 10 ננומטר ניתן להפקיד. Pulse אלקטרודהפוזיציה עוד יותר דגנים על ידי שינוי רמות גבוהות ונמוכות, צמצום מתחים פנימיים ושיפור אחידות.

ייצור תוספתי (AM)

טכניקות ייצור אדקטיבית, במיוחד אבקת לייזר היתוך (LPBF) והגדרת אנרגיה מכוונת (DED), הותאמו לאחרונה לייצר רכיבי מתכת nanostructured. על ידי שליטה בזהירות על שערי ייצוב - עד 10uaFLT:06030303FLT 1 /s -AM יכול ליצור חלקיקים דינמיים ו dendritic מבנים עם תכונות nanoscaleing חום יכול עוד יותר לייעל את המבנים ה-Lic כגון 304 {\displaystyle \"ל} 316gogenic.

מכניזם ל Balancing Strength and Doctility

הגישה הקלאסית של כוח-חינוך כוח-מסחרית במכות nanostructured דחקה אסטרטגיות חדשניות כדי להשיג הן.אחת גישה מבטיחה היא מבוא של התפלגות בגודל bimodal או רב-ממדית של דגנים בגודל של דגנים (גודל מיקרון) לספק יכולת הפחתת עבודה ודוכסות נחושת, בעוד ננוגרין אספקת כוח גבוה.

מבנהים עטורפים והיררכיה

ננווטנים הם גבולות סימטריים אשר מעכבים פירוקים אבל גם מאפשרים הפלסטיות המקומי. מתכת המכילות משקעים גבוהים של ננוטים, כגון nanocrystalline נחושת, יכול להשיג כוח גבוה ודוכסיות בולטת כי גבולות GP יציבים יותר מאשר גבולות דגנים קונבנציונליים תחת פיזור.

מבנה גרפי

חומרים nanogoku (GNG) שבו גודל דגנים עולה בהדרגה מן nanoscale על פני השטח כדי microscale בליבת, ניצול חיזוק סינרגטי מנגנוני נקטה על פני השטח לתרום כוח גבוה, בעוד גרגרי coarse הפנימי להכיל זנים גדולים של העששת ועיכובים של טיפול מכני משטח משטח משטח (SM) הוא שיטה נפוצה לייצור GNGLGNG, לעומת 120 גרם לגיעת MPa מיוחד של חומרים נחושת, 000 גרם נזקי מגע מדהימים.

תכונות ומודלים מתקדמים

הבנה של מנגנוני קידוד במכות nanostructured דורש כלים מתקדמים של סיווג אלקטרונים שידור אלקטרוני (TEM) עם בדיקות מכניות מאפשר תצפית ישירה של פעילות פירוק, נפיחות גבול דגנים, ו ניונקיה תאום במהלך deformation. דינמיקה גבוהה-reרזולוציה אלקטרונים גיבוי סימולציה דק (BSD) מספק מפות של ננוגרינים, גילוי אבולוציה בעת סימולציה של 3 סגסוגת הגנה אוטומטית) על פני שטחית (אפקט מכני) על בסיס קריטי של קרינה אוטומטית (אפקטים) על פני שטחית) על פני שטחית (אפקטים) על פני שטח מכני) על פני שטח מכני (אפקטים מתמטיים) על פני שטחית (אפקט מכני) על פני שטח מכני (אפקטים) על פני שטחית) על פני שטחית) על מנת לבחון את ההשפעות של קרינה מתמטית (אפקט מתמטית (אפקט מתמטית) על פני שטח מכני) על מנת לאפקט מתמטית (אפקטים מתמטית (אפקט מתמטית (אפקט סימולציה מולקולרית) על בסיס סימולציה מולקולרית (אפקט סימולציה מולקולרית) על פני סימולציה מדויקת של קרינה אוטומטית של קרינה אוטומטית של סימולציה מדויקת של סימולציה מדויקת של סימולציה מדויקת של סימולציה מדויקת של סימולציה מדויקת של סימולציה מדויקת של

עקבו אחרי Nanostructured Metals

שילוב מתכות ננוורות עם קרמיקה או חיזוקים מבוססי פחמן יוצר תרכובות המנצלות את התכונות הטובות ביותר של כל שלב.ננו בנוי מתכת ממטריקס מורכב (MMCs) עם תחמוצת, carbide, או nitride nanoparticles (למשל, AlFLT:02FLT% 1OFREFREF: 2, 2, 000 000 000 000 000 000 LT) , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 צמיגים , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 ; ; ; צמיגים צמיגים , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 ; ; ; ; צמיגים צמיגים ; ; ; ; צמיגים ; ; ; ; ; ; ; ; צמיגים צמיגים צמיגים צמיגים ; ; ; צמיגים ; ; צמיגים צמיגים ; ; ; ; ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Graphene ו- Carbon nanotubes (CNTs) כבר משולבים במכוני מתכת nanostructured. שלהם כוח חד-מטוס מעולה יחס היבט גבוה לספק העברה יעילה עומס ופיזור נוסף. A Cu-CNT המורכב עם 2 wt% CNT ארוך תוספת הראה כוח של 600 MPa ו מוליכות חשמלית דומה נחושת טהורה.

התפתחות גולגולת ומיקרו-אורטורי

אחד המכשולים הגדולים ביותר לפרוס מתכות nanostructured הוא הנטייה שלהם לגידול דגנים בטמפרטורות הומוגניות נמוכות יחסית (T / TFLT:0mphFLT:1> 0.3) כי גבולות ננוגרד הם אנרגטיים וניידים מאוד, הם coarsen במהירות, קידוד תכונות מכניות.

גישה נוספת היא לייצר גבולות דגנים עם שבריר גבוהה של גבולות תאום קוהרנטיים או גבולות סבך נמוך, שהם פחות ניידים.זה יכול להיות מושג באמצעות עיבוד מיוחד כמו עיוות פלסטי דינמי (DPD) בשיעורים גבוהים.בנוסף, הרעיון של "יציבות עצמית" באמצעות הסדר כימי בגבולות נחקר.

אתגרים סקלאבוליים ותעשייתיים

מעבר להצלחות מעבדה לייצור תעשייתי נשאר מכשול גדול. רוב שיטות SPD הם תהליכים אצווה מוגבל לדגימות קטנות, למרות התפתחויות מצטברות כמו ECAP רציף (conform ECAP) ו HPT מתמשכת משתפרים באמצעותput. Electrodeposition ו- CVD הם קנה מידה עבור ציפויים וסרטים דקים אך לא עבור רכיבים גדולים.

אתגר נוסף הוא איכות ביטחון: מתכות בנויות יכולות להיות שונות בגודל דגנים, מרקם ונפיחות המשפיעים על אמינות מכנית. Inline ניטור באמצעות בדיקות עכשוויות או שיטות אודיו, בשילוב עם למידת מכונה עבור אופטימיזציה של תהליכים, מפותחת כדי לזהות אנומליות במהלך הייצור. תקנים עבור חומרים ננו-מבנה עדיין בפיתוח על ידי ארגונים כמו ASTM, אשר יהיה קריטי עבור הסמכה בטיחות ביישומים קריטיים.

יישומים בתחום התעופה, הרכב וההנדסת ביו-רפואי

חללי תעופה

סגסוגת אלומיניום ממוצבת וסגסוגת טיטניום הם עניין גדול עבור רכיבים מבניים קלים במטוסים וחללית. יחס כוח-על-מנת-על-מנת-משקל גבוה יכול להפחית את צריכת הדלק ולהגביר את המטען.לדוגמה, nanostructured 7075 Alסגסוגת עם כוח תשואה >800 MPa ו- elongation > 10% יכול להחליף עמידות גבוהה של העור, לחסוך עד 40%.

רכב

במגזר הרכב, הפחתת משקל הרכב הוא חשוב עבור עמידה בכלכלת דלק ותקני פליטה.ננוד פלדה גבוהה סטרנגת, אלומיניום, מגנזיום הם מועמדים עבור לוחות גוף, כאסים, ורכיבי כוח. An uncoated nanostructured Mgסגסוגת (AZ עם גודל דגנים -200 nm מעובד על ידי ECAP הציג כוח עצום של 450 MPa ו elongation של סגסוגת, 000, 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

ביו-רפואי

עבור שתלים ביו-רפואיים, nanostructured titanium ו ⁇ שלה (למשל, Ti-6Al-4V) משפר את ה- osseointegration ו תאימות מכנית עם העצם.הדחיסות הגבוהה של גבולות דגנים על פני השטח מקדמת מודעות חלבון והחזקה תאים, כמו גם דבקה עצמית מעולה, ננוה מחדש טיטניום ממונע על ידי HPT הראה "כוח" עם גירוי" עם רמות גנזה עם לחץ מוכחות של לחץ על ידי גירוי חום כמו סגסוגת גמישה, כמו גם על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי חיישן אחורית.

קווי עתיד וגבולות מחקר

Machine Learning and High- Throughput Screening

למידת מכונה (ML) היא מאיצה את העיצוב של מתכות בנויות על ידי חיזוי יצירות אופטימליות ופרמטרים עיבוד ממאגרי נתונים גדולים. ML מודלים מאומן על נתונים ניסיוניים יכול לחזות את ההשפעה של גודל דגנים, מרקם, ושלבים שני על כוח מניב, דוקטריות, ויציבות תרמית.באמצעות ניסויים באמצעות ניסויים מהירים באמצעות מערכות רובוטיות עבור סינתזה מהירה ובדיקת מודלים אלה, יצירת גישה סגורה כבר עם אופטימיזציה גבוהה של ננו-מסטרוזבת.

אדריכלות היררכית וביו השראה

הטבע מספק טביעות אצבע עבור חומרים עם שילובים יוצאי דופן של תכונות. Bioinspired עיצובים, כמו מבנה לבנים-הזיכרון של nacre או הארגון ההיררכי של העצם, הם מתמחים במתכות nanostructured. על ידי יצירת אדריכלות נחושת שכבתית או helicoidal של ננוגרינים וננוטים, החוקרים שואפים להשיג הן כוח הומוגניות ואבקת מתכת ושרירים הם בשימוש כדי לפתח שכבות מורכבות.

תכונות: Operando Characterization

פריצות דרך עתידיות יתבססו על לכידת האבולוציה המיקרו-אורלית דינמי במהלך עיבוד ושירות. in-situSynchrotron X-ray diffraction ו- tomography לספק נתונים בזמן אמת על סיבוב דגנים, טרנספורמציה שלב, ו- טיהור ללא היווצרות תחת לחץ על nano- ו- microscales.צירוף עם תאי סביבה, טכניקות אלה יכולים לחשוף מנגנונים של חמצון וקורוזים ב- nanostructured מתכות כאלה.

מסקנה

מתכות בנויות מייצגים גבול בחומרים מדעיים שבו תכונות מכניות חסרות תקדים ניתן להשיג באמצעות שליטה מדויקת בגודל גרגר, אופי גבול ותכונות nanostructural. מתפתח מגמות - מ SPD מתקדם ו AM עיבוד לאדריכלות היררכית ועיצוב מונחה ML - הם בהתמדה מעל חומרים היסטוריים של יעילות גבוהה, אך הם גם שיפור מתמיד של תעשיות אלה, עם המשך התקדמות בייצוב, אופי, והיקף, אשר דורשות אינטגרציה גבוהה, אך ורק כדי לשפר את הביצועים שלהם, אך ורק חומרים עמידים, אך ורק עם יעילות גבוהה, עם יעילות גבוהה, עם התפתחות רפואית, אשר לא ניתן לפתח, אך ורק עם יעילות גבוהה, עם התפתחות גבוהה, עם התפתחות גבוהה, אשר לא ניתן לפתחו, אשר נועדו, עם חומרים עמידים, עם יעילות גבוהה, עם יעילות גבוהה, 000, עם התפתחות גבוהה, עם התפתחות גבוהה, עם התפתחות גבוהה, עם התפתחות גבוהה, עם התפתחות גבוהה, 000, עם התפתחות גבוהה, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000,

(ב) עיין בסקירות מקיפים על מתכות ננוורות ועל תכונותיהם:0.נאנו מבנים מתכת - ScienceDirectmentFLT:1, והתפתחויות האחרונות בסינרגיה מבוססת כוח: FLT:2 חומרים טבע ביקורתיים על ננו-פי: 6:2FLT) נוסף על עיבוד פלסטי חמור מפורט במשאבים בינלאומיים של LT5, ו-T.