Fig. 1:Experimentell realisering av exciterad vätskekylning. Kreditera: Kommunikationsmaterial (2021). DOI:10.1038/s43246-021-00127-0
Metallglas – material med styrkan av metall, men formbar som plast - utvecklas för ett brett spektrum av applikationer. Kontrollera bildningen av metallglas och deras resulterande egenskaper i bulkform, dock, förblir ett pågående arbete på området.
Forskare i Jan Schroers labb, professor i maskinteknik och materialvetenskap, har kommit på ett sätt att använda spänning för att förhindra smält metall från att återgå till sitt ursprungliga tillstånd, vilket resulterar i ett mycket starkt och formbart metalliskt glas. Studien, leds av Rodrigo Miguel Ojeda Mota och Ethen Lund, doktorander i Schroers labb, publicerades nyligen i Kommunikationsmaterial .
I en vanlig metod för att skapa metallglas, en legering smälts och kyls sedan extremt snabbt innan dess atomer har en chans att omordna sig till sitt ursprungliga kristallina tillstånd. Denna oordning av atomer är det som ger metalliska glasögon kombinationen av styrka och smidighet. Dock, det är en process som bara fungerar med mycket små prover, där tillräckligt höga kylningshastigheter kan uppnås.
"Så begränsningen är att du aldrig kan göra något riktigt användbart av det, som ett mobiltelefonhölje eller en växel eller en drivmedelstank för satellit, " sa Schroers.
Forskarna försökte ett annat tillvägagångssätt, använda påkänning för att förhindra att materialet slappnar av tillbaka till sin ursprungliga atomstruktur. Efter uppvärmning av legeringen – i det här fallet, legeringen Zr 44 Ti 11 Ni 10 Cu 10 Vara 25 - till en temperatur som gör att den övergår till glas, de tillåter en liten vikt att dra ner materialet under kylningssteget (vänster). Det är i huvudsak en kamp mellan materialets tendens att slappna av till en kristallin atomstruktur och den mekaniska påfrestningen som håller atomerna i oordning. Vid kylning, materialet fryser som ett metalliskt glas. Hela processen tar några sekunder.
Fig. 2:Karakterisering av effekten av exciterad vätskekylning på Zr 44 Ti 11 Ni 10 Cu 10 Vara 25 BMG -böjbarhet. Kreditera: Kommunikationsmaterial (2021). DOI:10.1038/s43246-021-00127-0
"Genom att dra detta material vid en hög temperatur, vi vidgar atomerna inuti metallen, " sa Lund. "När det svalnar, vi fryser det i den där utvidgningen, och det är det exciterade flytande tillståndet."
Schroers sa att processen ger dem förmågan att kraftigt förbättra de mekaniska egenskaperna hos metaller, och använd dem för att skapa komplexa former.
Ojeda sa att nästa steg är att prova idén till olika processer. "Vi är inte intresserade av trådar men kommer att arbeta med att införliva töjningsduktilisering i formblåsning, ", sa han. "Detta skulle tillåta oss att tillverka de flesta former som metaller används för i ett mycket höghållfast och formbart material."
