Исследователи создают высокие

8 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

корректура

от Кактус Коммуникейшнз

Наши постоянные усилия по выходу в космическое пространство требуют значительных технологических достижений в различных областях, включая материаловедение. Материалы, используемые в аэрокосмической промышленности, должны быть легкими, но при этом механически прочными, а этого трудно достичь. К счастью, композиты с металлической матрицей прошли долгий путь с момента их появления в двадцатом веке, и многие эксперты полагают, что они будут иметь ключевое значение для космических применений в ближайшем будущем.

Одним из наиболее перспективных типов композитов с металлической матрицей являются композиты с алюминиевой матрицей (АМК), армированные частицами высокоэнтропийных сплавов (ВЭА), которые могут придать АМЦ превосходные механические свойства, включая высокую прочность, долговечность и пластичность. Однако HEAps также создают структурные дефекты, такие как микротрещины и микропустоты, которые могут быть проблематичными.

На этом фоне исследовательская группа под руководством профессора Хай-ляна Ю из Центрально-Южного университета Китая исследует новый способ производства высокопроизводительных плоских листов HEAP/AMC.

В своем последнем исследовании, опубликованном в журнале Transactions of Nonferrous Metals Society of China, команда изучила многообещающий метод, называемый асимметричной криопрокаткой (ACR), который сочетает в себе преимущества криопрокатки и асимметричной прокатки (AR).

AR — это хорошо зарекомендовавшая себя технология производства стали, которая предполагает пропускание металлической пластины через прокатный стан. Этот процесс равномерно применяет большую деформацию сдвига по всей толщине пластины, что помогает уменьшить количество дефектов. Единственная практическая разница между AR и ACR — это их рабочая температура. В то время как AR проводится при комнатной температуре, ACR проводится при криогенных температурах, достигаемых с использованием жидкого азота.

Некоторые предыдущие исследования показали, что ACR может улучшить механические свойства листов HEAP/AMC. Однако соответствующий механизм упрочнения и связь между механическими свойствами и микроструктурой АМК при АКР остаются неясными. Чтобы восполнить этот пробел в знаниях, исследователи подготовили листы HEAP/AMC с использованием AR при 298 К и ACR при 77 К и проанализировали их с помощью методов сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, а также испытаний на растяжение и твердость.

Они обнаружили важные микроструктурные различия между листами, приготовленными с помощью AR и ACR. Криогенная обработка позволила получить листы с меньшим количеством микропустот, более мелким зерном и более высокой плотностью дислокаций. Более того, механические испытания показали, что листы ACR значительно более пластичны и прочнее, чем листы AR. «Предельная прочность на разрыв листов HEAP/AMC с концентрацией 3 мас.%, полученных методом ACR, достигла 253 МПа, что на 13,5% выше, чем у листов, полученных методом AR», - подчеркивает профессор Ю.

Исследователи пришли к выводу, что наблюдаемые различия между ACR и AR в основном связаны с эффектом уменьшения объема HEAP/AMC.

«Чем больше эффект объемной усадки алюминиевого сплава, тем плотнее алюминий будет обволакивать армирующие наслоения. Это усиливает связь между матрицей и частицами», — объясняет профессор Ю. «Поскольку эффект объемной усадки сильнее в криогенных средах, ACR играет важную роль в предотвращении дефектов, вызванных большой пластической деформацией листов HEAP/AMC».

В целом, эти результаты позволяют предположить, что ACR может сыграть ключевую роль в разработке новых сплавов для аэрокосмической и автомобильной промышленности и даже стать основной технологией для создания высокоэффективных материалов в будущем.