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弯曲的规则:对金属的革命性新方法具有可延展性

// Materials Science & Engineering

标签: 2019, 学院, 新闻

Photo of 伊莎贝拉szlufarska and postdoctoral scholar Hongliang Zhang

教授伊莎贝拉szlufarska和博士后学者红亮张在他们的实验室,在那里他们的方式,对金属全新的弯曲中观察到的特定材料的内部结构移位检查数据。照片:SAM亿韦弗。

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近100年来,科学家们认为他们知道一切有了解如何金属弯曲。

他们错了。

澳门太阳城平台 研究人员在美国澳门太阳城平台(备用网站)的已经证明,金属弯曲的规则没有这么硬性的毕竟。他们 八月描述了他们的发现。 9,2019年,在该杂志 自然通讯.

他们惊奇的发现,不仅颠覆了澳门太阳城平台金属变形如何以前的观念,但可以帮助指导更强,更耐用的材料创作。

“这为材料设计新的机会,”说 伊莎贝拉szlufarska在澳门太阳城平台(备用网站)材料科学和工程教授。 “它增加了另一个参数我们可以控制,以使强度和延展性。”

延展性是金属的弯曲的能力。大多数以提高金属的强度的方法在灵活性这样做的代价 - 和金属变得更耐弯曲,他们更容易在压力下产生裂纹。

然而,研究人员的弯曲新机制可能使工程师能够强化的材料不运行骨折的风险。

它是适用于美国军队,这对坚固耐用材料的迫切需要,以保持部队在战区安全特别重要的进步。

“教授szlufarska开辟了一个全新的区域勘探结构材料加工和设计,”在美国陆军研究办公室的合成和加工项目经理迈克尔bakas说军队作战能力的发展上指挥陆军研究实验室。 “通过这样的高影响力的发现,教授szlufarska有潜在的,最终可能在未来军队装备和车辆采用新一代的先进结构材料的发展奠定了技术基础。”

工程师通常通过操纵技术的金属的强度,如冷加工或退火,其中通过小发挥它们的作用,但叫位错很重要,结构性违规行为。

“每个人都在金属界都知道,位错是至关重要的,” szlufarska说。

这是自1934年以来,当三位研究人员独立意识到错位解释一个年龄大的悖论,即得举办一个真理:金属更容易比其分子结构弯曲 - 这通常需要定期重复的立体网格的形式 - 建议。

位错是在一个金属的否则良好有序的晶格细小凹凸不平。他们从轻微的不匹配产生的 - 图片的书页为原子行,和想象的纸叠整齐,在那里有人插入书签当场如何变得越来越所以,稍微扭曲。

正常金属弯曲,因为位错能够移动,从而允许材料,而不在一次撕裂开的其晶格内的每个单键变形。

加强技术通常限制位错的运动。所以这是相当大的震动时szlufarska和他的同事发现,材料钴钐 - 被称为间 - 容易弯曲,即使它的位错锁定到位。

“有人认为,如果位错滑移是罕见的金属材料会变脆本质上,”湖滨罗,一名前工作的科学家在szlufarska的实验室现在在中国工业宁波理工学院工作说。 “然而,我们最近的研究表明,金属间化合物可以通过即使位错滑移不存在一个显著量塑性变形。”

相反,弯曲钐钴引起窄带以形成晶格,其中分子中的金属的其余部分假定为自由形式的“无定形”配置,而不是常规的,网格状结构的内部。

那些无定形带所允许的金属弯曲。

“这几乎就像润滑,” szlufarska说。 “我们在模拟预测这一点,我们也看到在我们的研究中变形和透射电子显微镜实验非晶剪切带。”

计算机模拟和实验研究的结合是解释令人费解的结果,这就是为什么szlufarska和她的团队都非常适合于破解打开谜团的关键。

“它往往更容易开展理论模拟解释现有的实验结果,”张红亮,澳门太阳城平台(备用网站)博士后学者说。 “在这里,我们首先从理论上预测剪切带的存在以及它们在钐钴可塑性的作用;这些是完全出乎意料的现象。然后我们可以使用许多不同类型的实验来检验我们的理论,并确保预测的现象在自然界中确实观察证实了这些实验的结果“。

研究人员计划寻找可能也弯曲的情况下这个奇特的方式的其他材料。最终,他们希望利用这种现象来调整材料的属性,力量和灵活性。

“这可能会改变你看材料性能的优化方式,” szlufarska说。 “我们知道这是不同的,我们知道这是新的,我们认为我们可以使用它。”

这项工作是由美国支持陆军研究办公室资助(编号W911NF-17-1-0571)。

作者: SAM百万韦弗