Neue Arbeit macht leichtes, starkes Metall | 2020

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Anonim

Die Ergebnisse von Dr. Lianyi Chen, Assistenzprofessor für Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik sowie Materialwissenschaften und -technik bei Missouri S & T, wurden am 24. Dezember in der neuesten Ausgabe von veröffentlicht Natur .

Chen und seine Kollegen arbeiteten an der Universität von Kalifornien in Los Angeles und verwendeten Magnesium, weil es ein Leichtmetall mit zwei Dritteln der Dichte von Aluminium ist, auf der Erde reichlich vorhanden ist und biokompatibel ist. Sie fanden einen Weg, Siliziumkarbid-Nanopartikel in eine Magnesium-Zink-Schmelze einzumischen, die die Nanopartikel gleichmäßig dispergiert und stabilisiert und so ein superstabiles und leichtes Metall ergibt.

Durch Kompressionstests haben Chen und seine Kollegen bewiesen, dass das mit Siliziumkarbidnanopartikeln infundierte Magnesiummetall wesentlich fester ist als herkömmliche Metalle, die keine Nanopartikel enthalten. "Die gleichmäßig verteilten Nanopartikel verleihen dem gesamten Metall Festigkeit und verbessern gleichzeitig die Plastizität", sagt Chen.

Das neue Metall könnte Autos und Flugzeuge leichter und sparsamer machen, ohne Abstriche bei Festigkeit und Sicherheit zu machen, so die Forscher. Weil es leicht ist, könnten Handys noch leichter gemacht werden als heute, und mit seiner hohen Festigkeit könnte es auch als Baumaterial verwendet werden.

Laut Chen stoßen konventionelle Synthesemethoden bei Magnesium und anderen Metallen an ihre Grenzen. "Keramikpartikel wurden in Metallmatrizen verwendet, um die Festigkeit von Metallen weiter zu verbessern, aber sie neigen dazu, zusammenzuklumpen, die Verstärkungseffizienz zu verringern, die Plastizität des Metalls zu verschlechtern und es schwierig zu machen, sie zu bearbeiten", sagte Chen.

Chen und seine Kollegen haben diesem Problem entgegengewirkt, indem sie einen Ansatz zur Dispersion und Selbststabilisierung von Nanopartikeln entwickelt haben, der zu einer gleichmäßigen Dispersion von 14 Prozent Nanopartikeln im resultierenden Mg2Zn-Metall führt. In dem resultierenden Metall wurde eine signifikante Verbesserung sowohl der Festigkeit als auch der Plastizität erreicht. "Die erzielten Ergebnisse eröffnen eine Möglichkeit, die Grundstücksobergrenzen von Metallen zu sprengen", sagt Chen. Um das Metall zu testen, verwendete das Team Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie-Methoden. Die erzeugten Bilder zeigen die gleichmäßige Verteilung von Nanopartikeln im gesamten Metall.

Die Bereitstellung auf dem Markt wird jedoch nicht in Kürze erfolgen. "Obwohl das hier beschriebene Verfahren im Prinzip skalierbar ist, sind noch viele Anstrengungen erforderlich, um eine Fertigung in großen Stückzahlen aus praktischen Anwendungen heraus zu realisieren", sagt Chen.