I en samarbetsstudie som involverar Equal Channel Angular Extrusion (ECAE), en unik process för allvarlig plastisk deformation (SPD), forskarna Dr. Ibrahim Karaman från Texas A&M University och Drs. Don Susan och Andrew Kustas från Sandia National Laboratories kunde förbättra de mekaniska egenskaperna hos magnetiska legeringar utan att ändra deras magnetiska egenskaper genom mikrostrukturell förfining. Denna process har visat sig vara besvärlig tidigare.

Produktion av högpresterande magnetiska legeringar och andra intermetalliska material kan visa sig vara särskilt användbar inom flyg- och rymdutforskning där material måste tåla tuffa miljöer inklusive extrema temperaturer, chock, och vibrationer.

ECAE tvingar en stång av metalliskt eller polymert material i en 90-graders vinkel genom en formkanal. Denna process inducerar SPD utan några förändringar i provets tvärsnittsarea.

Ursprungligen arbetade forskarna vid Sandia National Laboratories och Texas A&M tillsammans om ett annat ämne som involverade formminneslegeringar. De insåg snabbt potentialen i att kombinera styrkorna i sina respektive anläggningar i en helt ny studie och tillämpade sedan erfarenheterna på magnetiska legeringar.

Sandia såg behovet av att tillverka magnetiska legeringar i bulk som visar överlägsna mekaniska egenskaper. Eftersom ECAE gör att mikrostrukturen av material kan ändras drastiskt utan att påverka dess tvärsnittsarea, större prover med dimensioner större än en tum skulle kunna produceras samtidigt som de mekaniska egenskaperna förbättras.

"Jag var initialt skeptisk till att öka styrkan hos de specifika materialen samtidigt som de magnetiska egenskaperna inte påverkades, " sa Dr. Ibrahim Karaman, avdelningschef för Institutionen för materialvetenskap och teknik vid Texas A&M. "Dock, genom samarbete med Sandia-forskare, vi kunde uppnå det vi drömde om och som ledde till en patentansökan för ECAE-bearbetade mjuka magnetiska legeringar."

Forskare vid Texas A&M genomförde ECAE-bearbetningen och vissa mikrostrukturella karakteriseringar och mekaniska tester. Sandia tog dessa fynd och administrerade ytterligare mikrostrukturell och mekanisk karakterisering och testning av magnetiska egenskaper.

"ECAE-processen har varit ett nyckelelement i Texas A&M-materialbearbetningsforskning under de senaste två decennierna och vi tillämpade denna teknik på många okonventionella material med framgång, sa Karaman.

"ECAE har traditionellt använts på vanliga material som aluminium, koppar, eller stål, "sa doktor Don Susan, chefsmedlem i teknisk personal på Sandia, som tillade att dessa material var formbara och lätt manipulerade och tog formen av formen med lätthet. "Detta arbete var banbrytande eftersom det försökte ECAE på en spröd intermetallisk legering."

Konventionellt en process med kall temperatur, teamet fick experimentera med högtemperatur-ECAE som inte hade undersökts i stor utsträckning i magnetiska legeringar.

"Sandias forskare ville tillämpa ECAE på magnetiska legeringar med låg hållfasthet och extrem sprödhet som Fe-Co-V, sa Karaman.

Som ett resultat, deras arbete kunde visa att ECAE kan göras under extrema bearbetningsförhållanden och producerar högpresterande legeringar som tål krävande mekaniska miljöer.

"Vi tror att det kan finnas möjligheter att tillämpa ECAE på andra intermetalliska legeringar, såsom Fe-Si eller Ni-Ti, att förfina sina mikrostrukturer och förbättra egenskaper också, "sade Susan." Dessa experiment har öppnat dörren för ytterligare studier inom området. "

"Nu driver Sandia en uppskalning av processen med ett spin-off-företag från Texas A&M för att kontrollera de magnetiska och mekaniska egenskaperna i industriell skala hos dessa magnetiska legeringar, ", sa Karaman. "Det är spännande för oss att se frukten av vårt gemensamma samarbete."

Resultaten publiceras elektroniskt på Cambridge Core i Journal of Materials Research av Cambridge University Press.