מחקר באוניברסיטת אוהיו סטייט: פגמים מהונדסים בגבישים מחזקים שני סגסוגות מבלי לשנות את הרכבם הכימי

צוות בהובלת חוקרים מאוניברסיטת אוהיו סטייט מדווח כי פגמים גבישיים שהוכנסו בכוונה, מסודרים ברשתות צפופות ומסודרות, חיזקו שני סגסוגות מתכת מבלי לשנות את הרכבם הכימי. המחקר שעבר ביקורת עמיתים פורסם השבוע בכתב העת Science, לפי הודעת האוניברסיטה. שותפים למחקר מגיעים מאוניברסיטת ארלנגן-נירנברג בגרמניה וממעבדת לורנס ליברמור הלאומית בקליפורניה.

השיטה כוללת שני שלבים. החוקרים עיוותו תחילה את הגבישים של שני חומרים מבוססי קובלט, סגסוגת-על המכילה ניקל וסגסוגת כרום-טונגסטן, ולאחר מכן יישנו את החומר לאט באמצעות חום. ההודעה מציינת כי כך נוצרו מבנים צפופים ודקים ברמה האטומית בתוך המבנה. כותרת המאמר, כפי שצוטטה על ידי TechXplore, מתארת אותם כשלבי פגם דו-ממדיים מסודרים. באמצעות מיקרוסקופיית אלקטרונים חודרת בשילוב סימולציות מחשב, הצוות קישר את העלייה בחוזק לאופן סידור האטומים סביב פגמים אלה, וההודעה מציינת כי שינוי סידור זה עשוי להשפיע על חוזק החומר.

לפי ההודעה, התהליך העלה באופן ניכר הן את המאמץ שהמתכות יכולות לשאת והן את עמידותן לעיוות איטי, או זחילה, בטמפרטורות גבוהות. המחבר הראשי אנדראס בזולד, פרופסור עוזר חיצוני למדעי החומרים והנדסה באוהיו סטייט, אמר כי התוצאות מעידות על כך ששכבת פגמים מהונדסת יכולה להשלים עיצוב חומרים מסורתי. ״רצינו להפוך את מבני החיזוק הללו לחלק מכוון בעיצוב החומר״, אמר. העבודה מבוססת על מחקר קודם של אוהיו סטייט שהראה כי פגמים שנוצרים במהלך עיוות יכולים להפוך לשכבות מחזקות; ההודעה מתארת את הגישה החדשה כראשונה שהכניסה צפיפות פגמים המעשירה באופן מלא סגסוגות אלה.

השותף למחקר מייקל מילס, פרופסור למדעי החומרים והנדסה באוהיו סטייט, אמר שלמרות שפגמים מזוהים בדרך כלל עם נזק, ״הפגמים הנכונים עם המבנה והכימיה הנכונים יכולים למעשה לחזק חומר״. ההודעה מציעה כי הגישה עשויה בסופו של דבר לשמש לייצור סגסוגות חזקות עבור ציוד החשוף לטמפרטורות גבוהות, ומציינת מנועי טורבינות למטוסים ומכונות תחנות כוח כדוגמאות, אך מסגרת זאת כאפשרות עתידית. בינתיים, היא מציינת, תרומת הצוות היא הרחבת עקרונות העיצוב בהנדסה.

התוצאות מגיעות ממחקר יחיד שעבר ביקורת עמיתים על שני סגסוגות ספציפיים. ההודעה אינה מדווחת על ניסויים תעשייתיים, בדיקות רכיבים או נתוני חוזק כמותיים, ואינה מספקת לוח זמנים לשימוש מעשי. המימון הגיע ממשרד האנרגיה של ארצות הברית ומהקרן הלאומית למדע, עם תמיכה נוספת מקרן אלכסנדר פון הומבולדט וממרכז אוהיו סטייט למיקרוסקופיה אלקטרונית וניתוח.