Forskningen beskriver hur mikroskopiska kristaller växer och ändrar form i smälta metaller när de svalnar. Kredit:Maksim Gusev
Forskare från University of Birmingham har beskrivit hur mikroskopiska kristaller växer och ändrar form i smälta metaller när de svalnar, i forskning som bryter ny mark inom legeringsforskning och banar väg för att förbättra draghållfastheten hos legeringar som används vid gjutning och svetsning.
Deras forskning, publicerad idag i Acta Materialia, använde höghastighetssynkrotronröntgentomografi för att "fotografera" de förändrade kristallstrukturerna i smälta legeringar när de svalnar.
Studien visar att när aluminium-kopparlegeringen kyler börjar stelningsprocessen med bildandet av facetterade dendriter, som bildas av en lager-för-lager stapling av basenheter som är bara mikrometer stora. Dessa enheter börjar som L-formade och staplas ovanpå varandra som byggstenar, men när de svalnar ändrar de form och förvandlas till en U-form och slutligen en ihålig kub, medan några av dem staplas ihop för att bilda vackra dendriter.
Studien leddes av Dr. Biao Cai, från University of Birminghams School of Metallurgy and Materials, vars forskning redan har visat hur magnetiska fält påverkar kristalltillväxt.
Dr. Cai kommenterade:"Fynden från denna nya studie ger en verklig inblick i vad som händer på mikronivå när en legering svalnar, och visar formen på de grundläggande byggstenarna av kristaller i smälta legeringar. Kristallformen avgör styrkan hos slutlegering, och om vi kan göra legeringar med finare kristaller kan vi göra starkare legeringar."
Han tillade:"Resultaten står i direkt kontrast till den klassiska synen på dendritbildning i kylande legeringar och öppnar dörren för att utveckla nya tillvägagångssätt som kan förutsäga och kontrollera bildningen av intermetalliska kristaller."
Dr. Cais tidigare forskning har resulterat i en ny teknik för att förbättra kvaliteten på återvunnet aluminium genom att ta bort järn från smält legering i en enkel, billig process som använder magneter och en temperaturgradient.
Tekniken är föremål för en patentansökan som lämnats in av University of Birmingham Enterprise. Det har också lockat finansiering från Midlands Innovation Commercialization of Research Accelerator och EPSRC-Impact Acceleration Account, vilket har gjort det möjligt för Biao att bygga en storskalig prototyp som går till 1000 C och använder en 1 Tesla-magnet.
Prototypen testas för närvarande med göt från Tandom Metallurgical Group, som driver en internationell handelsverksamhet från sin bas i Congleton, Cheshire, där de producerar aluminiumlegeringar, masterlegeringar och återvinner aluminiumprodukter, skrot och slagg.
Dr. Cai förväntar sig att publicera resultaten av testerna och visa upp demonstratorn för industrin före årets slut, i syfte att hitta industriella medarbetare som är villiga att köra tester i gjuterimiljöer i kombination med befintliga produktionslinjer. + Utforska vidare
