Studi Ohio State: cacat kristal rekayasa memperkuat dua paduan logam tanpa mengubah komposisi kimianya

Sebuah tim yang dipimpin peneliti dari The Ohio State University melaporkan bahwa cacat kristal yang sengaja diciptakan, yang disusun dalam jaringan padat teratur, membuat dua paduan logam lebih kuat tanpa mengubah komposisi kimianya. Studi yang ditinjau sejawat ini diterbitkan di Science minggu ini, menurut siaran pers universitas. Rekan penulis berasal dari University of Erlangen-Nuremberg di Jerman dan Lawrence Livermore National Laboratory di California.

Metode ini terdiri dari dua langkah. Para peneliti pertama-tama mendeformasi kristal dari dua material berbasis kobalt, superpaduan yang mengandung nikel dan paduan kromium-tungsten, lalu mengeram material tersebut perlahan dengan panas. Siaran pers menyatakan bahwa proses ini menghasilkan fitur padat setipis atom di dalam struktur. Judul makalah, sebagaimana dikutip oleh TechXplore, mendeskripsikannya sebagai fasa cacat dua dimensi teratur. Menggunakan mikroskopi elektron transmisi bersama simulasi komputer, tim menghubungkan peningkatan kekuatan dengan cara atom tersusun di sekitar cacat-cacat tersebut, dan siaran pers menyatakan bahwa mengubah susunan tersebut dapat memengaruhi kekuatan material.

Menurut siaran pers, proses ini secara nyata meningkatkan tegangan yang dapat ditahan logam dan ketahanannya terhadap deformasi lambat, atau rangkak, pada suhu tinggi. Penulis utama Andreas Bezold, asisten profesor tamu ilmu dan teknik material di Ohio State, mengatakan hasilnya menunjukkan bahwa lapisan cacat rekayasa dapat melengkapi desain material konvensional. «Kami ingin menjadikan struktur penguat ini sebagai bagian yang disengaja dari desain material,» katanya. Penelitian ini dibangun di atas riset Ohio State sebelumnya yang menunjukkan bahwa cacat yang terbentuk selama deformasi dapat menjadi lapisan penguat; siaran pers menggambarkan pendekatan baru ini sebagai yang pertama memperkenalkan kepadatan cacat yang sepenuhnya memperkaya paduan-paduan ini.

Rekan penulis Michael Mills, profesor ilmu dan teknik material di Ohio State, mengatakan bahwa meskipun cacat biasanya dikaitkan dengan kerusakan, «cacat yang tepat dengan struktur dan kimia yang tepat justru dapat membuat material lebih kuat». Siaran pers menyarankan bahwa pendekatan ini pada akhirnya dapat digunakan untuk memproduksi paduan berkekuatan tinggi bagi peralatan yang terpapar suhu tinggi, menyebut mesin turbin pesawat dan mesin pembangkit listrik sebagai contoh, tetapi membingkainya sebagai kemungkinan di masa depan. Untuk saat ini, siaran pers menyatakan, kontribusi tim adalah memperluas prinsip desain dalam rekayasa.

Hasil ini berasal dari satu studi tinjauan sejawat pada dua paduan spesifik. Siaran pers tidak melaporkan uji coba industri, pengujian komponen, atau angka kekuatan kuantitatif, dan tidak memberikan jadwal untuk penggunaan praktis. Pendanaan berasal dari U.S. Department of Energy dan National Science Foundation, dengan dukungan tambahan dari Alexander von Humboldt Foundation dan Center for Electron Microscopy and Analysis di Ohio State.