Malzemelerin çoğu zaman bir faz olduğu kabul edilir, sadece birçok mühendislik malzemesi, özelliklerini ve performanslarını geliştiren iki yada daha çok faz ihtiva eder. Bu iki fazlı malzemeler, mikro yapıya gömülü çökelti adında olan inklüzyonlara haizdir. İki yada daha çok metal türünün bir kombinasyonu olan alaşımlar, gömülü çökeltiler sebebiyle oldukça iyi mekanik özelliklere haiz olduklarından, jet motorları için türbinler ve otomotiv uygulamaları için hafifçe alaşımlar şeklinde birçok uygulamada kullanılır. Bununla beraber, averaj çökelti boyutu, irileşme adında olan bir süreçte zaman içinde artma eğilimindedir ve bu, nano ölçekli çökeltilere haiz mikroyapılar için performansın düşmesine niçin olur.
Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, alaşımlardaki nano ölçekli çökeltileri stabilize etmek için yeni bir yol belirlediler. Yeni bir çalışmada, araç-gereç bilimi ve mühendisliği profesörü Pascal Bellon, doktora sonrası araştırmacı Gabriel Bouobda Moladje ve işbirlikçileri, kesin nanoyapılarla sonuçlanan çökelti irileşmesini durdurmak için dengesiz süreçleri kullanmanın mümkün bulunduğunu gösteriyor.
Bu araştırmanın neticeleri geçtiğimiz günlerde gösterildi. Fizyolojik İnceleme Mektupları.
Bellon, “Son yirmi yılda araştırmacılar, yapıda nano ölçekli inklüzyonlara haiz olmanın araç-gereç için hakikaten oldukça yararlı olabileceğini fark ettiler” diyor. “Güçlük şu ki, bu minik parçacıklar kendiliğinden büyümek istiyor.”
Makarna yapmak şeklinde düşünün: kaynayan suya yağ eklendiğinde yağ damlaları ilk eklenip karıştırıldığında minik olabilir fakat karıştırma durdurulursa damlacıklar birleşerek daha büyük damlalar oluşturacaktır. Bu kabalaştırma işlemidir. Bellon, “Minik ölçekli nesnelerin dağılımıyla ilgileniyorsanız, nesnelerin kabalaşmasına yönelik bu organik eğilime karşı çalışmalıyız” diye açıklıyor.
Ekip, malzemenin değişik kristalleri arasındaki alanlarda oluşan çökeltileri araştırmak için hesaplamalı modelleme kullandı. Denge ortamında kuvvetler dengelenir ve malzemede net bir değişim olmaz. Sadece bir çok uygulamada, sert malzemeler ışınlama ve hatta karıştırma şeklinde denge dışı kuvvetlere maruz kalır. Bu yüzden, çökeltilerin bu tür dengesiz ortamlarda iyi mi geliştiğini idrak etmek önemlidir.
Bellon, “Enerjik parçacık ışınlamasına maruz kalan alaşımlarla bilhassa ilgileniyorduk” diyor. “Bu, mesela nükleer uygulamalar için kullanılan malzemelerde olan bir durum. Bununla birlikte, kozmik ışınlar tarafınca bombardımana tutuldukları uzayda kullanılan malzemeler de ilgilendiriyor. Bilhassa baktığımız şey, alüminyum ve antimuan alaşımından oluşan bir modeldi. .”
Alüminyum ve antimon alaşımlarında, antimon, yağın suda damlacıklar oluşturmak istemesi şeklinde çökeltiler oluşturmak ister. Araştırmacılar, ışınlandığında, beklendiği şeklinde tane sınırlarında çökeltilerin oluşacağını bulmuşlardır. Sadece çökeltilerin kabalaşıp büyümeye devam etmek yerine belli bir boyuta ulaşıp durduğunu da bulmuşlardır. Buna tutuk kaba davranış denir ve beklenmedik bir sonuçtur.
Bu yaklaşım, iyonik türlerin pillerdeki elektrotlar içinde taşınması şeklinde türlerin taşınmasının mühim bir rol oynadığı öteki araç-gereç sistemlerine uygulanabilir. Pil malzemelerinde minik çökeltiler olması avantajlı olabilir, bundan dolayı büyük çökeltiler araç-gereç üstünde oldukça fazla gerilim oluşturabilir. Bu şekilde bir durumda kabalaşmanın bastırılması yararlı olacaktır.
Bu hesaplamalı araştırmanın arkasından Bellon, UIUC MatSE profesörleri Robert Averback ve Marie Charpagne ile beraber kısa sürede gösterilen sonuçların deneysel doğrulamasını keşfetmeye başlamayı planlıyor. Bellon, “Bilgisayar simülasyonlarından elde edilmiş tahminleri deneysel düzeyde kontrol etmek için tüm Araç-gereç Araştırma Laboratuvarı araçlarından yararlanırken modelleme, kuram ve deneyleri birleştirmekten coşku duyuyoruz.”
Bu araştırma ABD Enerji Bakanlığı, Bilim Ofisi, Temel Enerji Bilimleri tarafınca finanse edilmiştir.
Source: www.sciencedaily.com