Разрушение сигаретного окурка с 10-тонным ботинком было бы чрезмерным, но использование эквивалента на определенных металлах может привести к удивительным результатам. Путем разрушения алюминиевого сплава между двумя наковальнями исследователи создали металл, это так же сильно как сталь, но намного легче. Если процесс может быть коммерциализирован, он мог бы привести к лучшим компонентам для самолета и автомобилей, а также металлической брони, достаточно легкой для солдат для ношения в сражении.
Главное преимущество алюминия является своей легкостью. Но самый богатый металл в Земной коре является также слабаком: Это ломается обособленно под грузами что более тяжелые металлы, такие как стальное плечо легко. В течение многих десятилетий ученые искали способ произвести алюминиевый эквивалент титана, легкого металла, это более сильно, чем сталь, но без высокой стоимости титана.В новом исследовании международная бригада материаловедов, превращенных к появляющемуся обрабатывающему металл методу, назвала скрученность с высоким давлением (HPT).
В основном HPT включает зажим тонкого диска металла к цилиндрической наковальне и нажиму его против другой наковальни с силой приблизительно 60 000 килограммов за квадратный сантиметр, всеми при превращении одной наковальни медленно. Исследователи также сохранили процессированные образцы при комнатной температуре больше месяца в общем металлургическом процессе названными естественным старением. Деформация под огромным давлением плюс старение изменяет базовую структуру металлов в наноразмерном — или расстояния, измеренные в миллиардных частях метра.И действительно, когда бригада подвергла сплав алюминия, названного алюминием 7075 (который содержит небольшой процент магния и цинка) к процессу, металл достиг силы 1 gigapascal, исследователи сообщают в текущей проблеме Коммуникаций Природы.
Это равно некоторым самым прочным сталям и больше чем в три раза выше, чем стандартный алюминий. Квадратная метром пластина обработанного сплава могла противостоять весу полностью нагруженного авианосца.
Для обнаружения, почему сплав стал настолько более прочным бригада исследовала образцы с помощью метода, названного томографией атомного зонда. Напоминая комбинацию электронного микроскопа и сканера CT, метод показал, что HPT исказил решетку атомов в сплаве в беспрецедентную договоренность.
Вместо нормальной структуры, найденной в стандартном металле, HPT создал то, что исследователи называют иерархической наноструктурой: размер алюминиевого зерна был уменьшен, и цинк и магниевые атомы, сгруппированные вместе в группах различных размеров, в зависимости от того, были ли они расположены в алюминиевом зерне или на краях (см. фотографию).Точно то, как эта договоренность создает более прочный алюминий, неясно, говорит соавтор Саймон Рингер, директор Единицы Электронного микроскопа в университете Сиднея в Австралии. Он говорит, что атомы в краях зерна, кажется, соединены плотно с атомами в смежных краях зерна. Безотносительно физики он говорит, иерархические структуры являются «очень мощными для укрепления».
Звонок добавляет, что даже при том, что эксперименты произвели только лабораторные количества сплава суперсилы, процесс мог быстро быть адаптирован для производства маленьких компонентов, требующих высокой прочности, но низкого веса, такого как биомедицинские внедрения. Соавтор и материаловед Юньтянь Чжу из Университета штата Северная Каролина в Роли говорят, что существует сильный стимул увеличить масштаб процесса, потому что сплав мог быть полезен для «многих легких, энергосберегающих заявлений, таких как космос, транспортировка и бронежилет».Эксперименты «достигли замечательной силы» в стандартном коммерческом алюминиевом сплаве, говорит материаловед Теренс Лэнгдон из университета южной Калифорнии в Лос-Анджелесе.
Исследовательская группа также продемонстрировала «исключительные производительности, обеспеченные посредством обработки скрученностью с высоким давлением», метод, что Лэнгдон и другие работали с в течение нескольких лет.Материаловед Юрий Эстрин из университета Monash в Мельбурне, Австралия, называет возбуждение результатов и соглашается, что иерархические наноструктуры «, кажется, крайне важны для захватывающего улучшения [сплав] сила».