Ohio State araştırması: mühendislik ürünü kristal kusurları, kimyasını değiştirmeden iki alaşımı güçlendirdi

Ohio State Üniversitesi araştırmacılarının öncülüğündeki bir ekip, kasıtlı olarak oluşturulan kristal kusurlarının yoğun düzenli ağlar halinde dizilmesinin iki metal alaşımını kimyasal bileşimlerini değiştirmeden güçlendirdiğini bildirdi. Hakemli çalışma, üniversitenin basın bültenine göre bu hafta Science dergisinde yayımlandı. Ortak yazarlar arasında Almanya’daki Erlangen-Nürnberg Üniversitesi ve Kaliforniya’daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’ndan araştırmacılar yer alıyor.

Yöntem iki aşamadan oluşuyor. Araştırmacılar önce iki kobalt bazlı malzemenin, nikel içeren bir süperalaşım ile krom-tungsten alaşımının kristallerini deforme etti, ardından malzemeyi ısıyla yavaşça yaşlandırdı. Bültene göre bu işlem yapı içinde yoğun, atomik ölçekte ince yapılar oluşturdu. TechXplore’un aktardığına göre makalenin başlığı bunları düzenli iki boyutlu kusur fazları olarak tanımlıyor. Ekip, geçirimli elektron mikroskobu ve bilgisayar simülasyonları kullanarak dayanım artışını bu kusurların çevresindeki atom düzeniyle ilişkilendirdi; bültene göre bu düzenin değiştirilmesi malzemenin dayanımını etkileyebilir.

Bültene göre süreç, metallerin taşıyabileceği gerilimi ve yüksek sıcaklıklarda yavaş deformasyona, yani sürünmeye karşı dirençlerini belirgin şekilde artırdı. Baş yazar Andreas Bezold, Ohio State’te malzeme bilimi ve mühendisliği alanında misafir yardımcı doçent, sonuçların mühendislik ürünü kusur tabakasının geleneksel malzeme tasarımını tamamlayabileceğini gösterdiğini söyledi. «Bu güçlendirici yapıları malzeme tasarımının bilinçli bir parçası haline getirmek istedik» dedi. Çalışma, deformasyon sırasında oluşan kusurların güçlendirici tabakalara dönüşebildiğini gösteren önceki Ohio State araştırmasına dayanıyor; bülten yeni yaklaşımı, bu alaşımları tam olarak zenginleştiren kusur yoğunluklarını ilk kez oluşturan yöntem olarak tanımlıyor.

Ortak yazar Michael Mills, Ohio State’te malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü, kusurların genellikle hasarla ilişkilendirilmesine karşın «doğru yapıya ve kimyaya sahip doğru kusurlar bir malzemeyi gerçekten daha güçlü kılabilir» dedi. Bülten, yaklaşımın gelecekte uçak türbin motorları ve enerji santrali makineleri gibi yüksek sıcaklığa maruz kalan ekipmanlar için yüksek dayanımlı alaşımlar üretmekte kullanılabileceğini öne sürüyor, ancak bunu gelecekteki bir olasılık olarak sunuyor. Şimdilik ekibin katkısının mühendislikteki tasarım ilkelerini genişletmek olduğunu belirtiyor.

Sonuçlar iki belirli alaşım üzerinde yapılmış tek bir hakemli çalışmadan elde edilmiştir. Bülten endüstriyel denemeler, bileşen testleri veya sayısal dayanım verileri bildirmemekte ve pratik kullanım için bir zaman çizelgesi vermemektedir. Finansman ABD Enerji Bakanlığı ve Ulusal Bilim Vakfı’ndan sağlanmış olup Alexander von Humboldt Vakfı ve Ohio State’in Elektron Mikroskobu ve Analiz Merkezi’nden ek destek alınmıştır.