ساخت نخستین ابرآلیاژ جهان با استحکامی دو برابر فولاد

پژوهشگران استرالیایی موفق شدند نخستین نمونه بزرگ از یک ابرآلیاژ جدید RHEA جدید با استحکامی دو برابر فولاد دارد تولید کنند.

به گزارش سرویس فناوری تکناک، این دستاورد که توسط مهندسان دانشگاه موناش حاصل شده است، علاوه بر افزایش چشمگیر استحکام، روشی کم‌هزینه‌تر و کم‌مصرف‌تر را برای تولید آلیاژهای پیشرفته ارائه می‌دهد.

تولید آلیاژهای مقاوم معمولاً به دماهای بسیار بالا نیاز دارد. در روش‌های رایج، فلزات باید تا نقطه ذوب حرارت ببینند تا بتوان ساختار مورد نظر را ایجاد کرد. این فرایند به انرژی زیادی نیاز دارد و هزینه تولید را افزایش می‌دهد. اکنون پژوهشگران دانشگاه موناش رویکردی متفاوت را توسعه داده‌اند که امکان تولید آلیاژهای بسیار مقاوم را با دماهای پایین‌تر فراهم می‌کند.

این تیم پژوهشی نخستین قطعه بزرگ از آلیاژ آنتروپی بالای دیرگداز یا RHEA را تولید کرده است. این آلیاژ از ترکیب پنج عنصر شامل تیتانیوم، هافنیوم، تانتالوم، نیوبیوم و زیرکونیوم تشکیل شده است. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که استحکام تسلیم فشاری این ماده از ۲ گیگاپاسکال فراتر می‌رود. این رقم تقریباً دو برابر استحکام بسیاری از فولادهای مهندسی محسوب می‌شود.

محققان برای ساخت این آلیاژ از یک فرایند گرمایش آهسته و کنترل‌شده استفاده کردند. دمای مورد استفاده در این روش از دمای معمول مورد نیاز برای ذوب فلزات در تولید آلیاژهای متداول کمتر است. همین موضوع باعث شد اتم‌های عناصر تشکیل‌دهنده به شکلی متفاوت در کنار یکدیگر قرار بگیرند و ساختاری بسیار منظم و پایدار ایجاد کنند.

بررسی‌های میکروسکوپی نشان داد که این ساختار از سه بخش مجزا تشکیل شده است. هر بخش نیز دارای نانوکریستال‌هایی با آرایش اتمی متفاوت است. این معماری ویژه باعث شده است که آلیاژ نهایی تقریباً بدون نقص ساختاری باشد.

پروفسور «جیان فنگ نیه» از نویسندگان این پژوهش اعلام کرد مهم‌ترین دستاورد این پروژه، توانایی اتم‌ها در خودسازمان‌دهی در یک قطعه فلزی بزرگ است. به گفته او، پژوهشگران برای نخستین بار مشاهده کردند که اتم‌ها می‌توانند در یک ماده فلزی حجیم و پیوسته، ساختاری بدون نقص ایجاد کنند. این اتفاق پیش از این تنها در نمونه‌های بسیار کوچک، پوشش‌های نازک یا فیلم‌های آزمایشگاهی مشاهده شده بود.

یکی دیگر از ویژگی‌های مهم این آلیاژ، شکل‌پذیری بالای آن است. بسیاری از مواد فوق‌مقاوم معمولاً شکننده هستند و در برابر تغییر شکل مقاومت کمی دارند. اما آلیاژ جدید علاوه بر استحکام بسیار بالا، قابلیت کشش و تغییر شکل را نیز حفظ کرده است. این ویژگی می‌تواند کاربردهای صنعتی آن را به شکل قابل توجهی افزایش دهد.

پژوهشگران معتقدند این فناوری تنها به تولید یک آلیاژ محدود نمی‌شود. این روش می‌تواند راه را برای توسعه نسل جدیدی از مواد مهندسی باز کند. موادی که با مصرف انرژی کمتر تولید می‌شوند و عملکرد بسیار بهتری نسبت به آلیاژهای امروزی دارند.

پروفسور «یانیس ونتیکوس» از دانشگاه موناش نیز اعلام کرد تأثیر این فناوری می‌تواند برای دهه‌ها ادامه داشته باشد. او معتقد است صنایع هوافضا، سامانه‌های انرژی، تولید پیشرفته و بسیاری از فناوری‌های آینده از نتایج این پژوهش بهره خواهند برد.

محققان اکنون در حال مطالعه برهم‌کنش‌های اتمی در مقیاس نانو هستند. هدف آن‌ها درک دقیق‌تر فرایند شکل‌گیری این ساختارهای منحصربه‌فرد است تا بتوانند نسل‌های جدیدی از ابرآلیاژها را با ویژگی‌های حتی پیشرفته‌تر طراحی و تولید کنند.