Các nhà nghiên cứu tại Đại học Purdue và Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia gần đây đã có những khám phá mang tính đột phá trong lĩnh vực kỹ thuật vật liệu.

Thông qua một quy trình xử lý mới, một báo cáo được chia sẻ bởi Phys.org cho chúng ta biết rằng họ đã mở ra độ bền và độ dẻo phi thường trong các hợp kim thép chất lượng cao.

Các phát hiện, được công bố trên tạp chí Science Advances, chứng minh một bước đột phá đáng chú ý thách thức sự đánh đổi thông thường giữa sức mạnh và tính linh hoạt.

Sức mạnh vượt trội và độ dẻo

Nghiên cứu tập trung vào T-91, một hợp kim thép biến tính được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng hạt nhân và hóa dầu.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tin rằng phương pháp xử lý này có thể có ý nghĩa sâu rộng, mang lại lợi ích cho các ngành công nghiệp như ô tô, xây dựng và cơ sở hạ tầng, nơi có nhu cầu lớn về thép dẻo và bền.

hạt siêu mịn

Quá trình xử lý bao gồm việc tạo ra một lớp ngoài độc đáo trong thép bao gồm các hạt kim loại siêu mịn. Khi chịu sức căng, những hạt này thể hiện hành vi chưa từng có—chúng kéo dài, xoay và dài ra, mang lại tính siêu dẻo đáng kinh ngạc.

Mặc dù cơ chế chính xác đằng sau hiện tượng này vẫn chưa rõ ràng, nhưng các nhà nghiên cứu rất hào hứng với ý nghĩa của những phát hiện của họ.

Dưới kính hiển vi, các kim loại như thép tiết lộ cấu trúc tinh thể được tạo thành từ các hạt riêng lẻ. Theo truyền thống, việc đạt được độ dẻo và độ bền của kim loại là một thách thức do sự đánh đổi giữa vật liệu biến dạng hạt lớn và vật liệu bền hạt nhỏ.

Tuy nhiên, phương pháp điều trị do các nhà nghiên cứu phát triển đã phá vỡ sự thỏa hiệp này.

Làm thế nào họ làm điều đó

Để tạo ra thép cấu trúc nano gradient, nhóm nghiên cứu đã sử dụng ứng suất nén và cắt, phá vỡ các hạt lớn trên bề mặt của mẫu T-91 thành các hạt nhỏ hơn.

Thép biến đổi thu được, được gọi là G-T91 (gradient T91), thể hiện cường độ chảy ấn tượng khoảng 700 megapascal và cho thấy độ biến dạng đồng đều khoảng 10%. Điều này thể hiện sự cải thiện đáng kể so với hiệu suất tiêu chuẩn của T-91.

Chìa khóa nằm ở sự sắp xếp chiến lược của các hạt lớn và siêu mịn trong vật liệu. Trung tâm của mẫu G-T91 vẫn mềm, cho phép dẻo, trong khi cấu trúc nanolamina trên bề mặt làm tăng độ cứng của mẫu.

Thành phần chuyển màu này cho phép các hạt lớn chịu được độ giãn trong khi các hạt nhỏ chịu được áp suất, dẫn đến một loại vật liệu mang lại sự kết hợp đặc biệt giữa độ bền và độ dẻo.

Trong quá trình kiểm tra căng thẳng, các nhà nghiên cứu đã thực hiện một quan sát bất ngờ. Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét được chụp ở các khoảng thời gian biến dạng thực khác nhau cho thấy hành vi thú vị.

Các hạt trong tấm nanolaminate ban đầu có hình dạng thấu kính nhưng thay đổi thành hình cầu hơn khi độ căng tăng lên. Sau đó, chúng xoay và mở rộng theo chiều ngang.

Đọc thêm: Lắc mặt trời? Vật liệu lưu trữ năng lượng mặt trời thế hệ tiếp theo có thể là đá!

Các nhà nghiên cứu tin rằng việc hiểu được sự chuyển động của ranh giới hạt và giao diện giữa các hạt có tiềm năng lớn cho những tiến bộ hơn nữa.

Bằng cách làm sáng tỏ cơ chế đằng sau hành vi biến dạng thú vị này, họ hy vọng sẽ mở ra những khả năng mới để tối ưu hóa hiệu suất của vật liệu chuyển sắc.

Khi các nhà nghiên cứu tiếp tục điều tra, họ hy vọng rằng bước đột phá này có thể mở đường cho một kỷ nguyên mới của hợp kim thép.

Các ngành công nghiệp dựa vào những vật liệu này có thể mong đợi các thành phần mạnh mẽ và đàn hồi hơn mang lại sức mạnh và độ đàn hồi chưa từng có.

Bài viết liên quan: Kỹ thuật in 3D cho phép in gốm sứ không được hỗ trợ trong không trung, các nhà khoa học tiết lộ

Vẫn được đăng ở đây tại Tech Times.