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Recozimento Mecânico, Maior Resistência e Porque os Materiais Obtêm por mais Mais Fortes que Obtenham Menores

Assuntos Cobertos

Fundo

Força a Nível do Nanômetro

Deformação Mecânica

Redução das Deslocações

Fazer À Máquina Focalizado do Feixe de Íon

defeito - Material livre e Recozimento Mecânico

Deformação e Geometria

Força Aumentada Mesmo nas Amostras com Deformações

Reconhecimentos

Fundo

Enquanto as estruturas feitas do metal obtêm menores - enquanto suas dimensões aproximam a escala do micrômetro (milhonésimos de um medidor) ou menos - obtêm mais fortes. Os Cientistas descobriram este fenômeno 50 anos há ao medir a força do estanho “suiças” alguns micrômetros no diâmetro e alguns milímetros de comprimento. Muitas teorias foram propor explicar porque menor é mais forte, mas somente mandam-no recentemente tornar-se possível para considerar e gravar o que está acontecendo realmente em estruturas minúsculas sob o esforço.

Figura 1.

Força a Nível do Nanômetro

O Menor de Andrew, da Divisão de Ciências dos Materiais no Ministério do Laboratório Nacional do Lawrence Berkeley da Energia, com os colegas de Hysitron Incorporou e o Centro da Investigação e Desenvolvimento de General Motors, usado o Microscópio In Situ no Centro Nacional para a Microscopia de Elétron (NCEM) para gravar o que acontece quando as colunas do níquel com diâmetros entre 150 e 400 nanômetros (billionths de um medidor) são comprimidas sob um perfurador liso feito do diamante. O microscópio de elétron da transmissão é equipado de modo que as amostras possam ser forçadas, medido, e gravado ao ser observado sob o feixe de elétron.

“Que controles a deformação de um objeto do metal é a maneira que defects, chamado deslocações, movimento ao longo dos planos em sua estrutura de cristal,” o Menor diz. “O resultado do enxerto da deslocação é deformação plástica. Por exemplo, dobrar um grampo de papel causa seus trilhões das deslocações pelo centímetro quadrado ao emaranhado acima e multiplica-os enquanto são executado em um outro e deslizam ao longo dos planos de enxerto numerosos.”

Deformação Mecânica

geralmente, a deformação mecânica tende a aumentar o número de deslocações em um material. Mas para em escala reduzida estrutura, com uma proporção muito maior da área de superfície ao volume, o processo pode ser muito diferente. As imagens gravadas do microscópio de elétron ajudaram os pesquisadores a compreender porque as colunas do níquel do nanoscale são tão fortes permitindo que observem mudanças na microestrutura das colunas durante a deformação - incluindo um processo nunca-antes-visto “o recozimento mecânico dublado pesquisadores.” (Em materiais de maioria, o recozimento, um tratamento que reduza a densidade dos defeitos, é realizado geralmente aquecendo.)

Redução das Deslocações

O Menor diz, “A primeira coisa que nós observamos era que, antes do teste, as colunas do nanoscale do níquel estavam completas das deslocações. Mas como nós comprimimos a coluna, todas as deslocações foram expulsadas do material - literalmente reduzindo a densidade de deslocação por 15 ordens de grandeza e produzindo um cristal perfeito. Nós chamamos este efeito recozimento mecânico.”

Fazer À Máquina Focalizado do Feixe de Íon

As colunas Menores e seus colegas testados foram feitos à máquina do níquel puro usando um feixe de íon focalizado (FIB), uma técnica nova para o teste em escala reduzida da mecânico-compressão descrito primeiramente em 2004 por Michael Uchic do Laboratório de Investigação da Força aérea dos E.U. e seus colegas. A técnica MENTIR torna possível criar estruturas muito menores do que o metal “suiças” estudadas primeiramente nos anos 50, que são feitos crescendo cristais.

Algumas das deslocações os pesquisadores observados nas colunas feitas à máquina eram relativamente rasas e causadas pelos feixes de íon eles mesmos. Outro estendidos através do cristal e eram presumivelmente defeitos pre-existentes. Sob a compressão, o recozimento mecânico fez com que ambos os tipos do defeito desaparecessem.

“Essencialmente todas as deslocações escapam do cristal na superfície, e você não obtem o armazenamento das deslocações como você em cristais maiores,” Menor diz. “Que resultados são um processo chamou “a inanição da deslocação, “propor recentemente por William D. Nix de Stanford, entre outros, que tem rapidamente tornou-se uma das teorias principais de porque as estruturas menores são mais fortes.”

O Menor explica, “A ideia é que se o escape das deslocações o material antes que possam interagir e multiplicar, lá não é bastante deslocações activas para permitir a deformação impor. A estrutura pode somente deformar-se depois que as deslocações novas são criadas.” Este é precisamente o processo ele e seus colegas observados com o Microscópio In Situ de NCEM, o forte evidência que da “a inanição deslocação” é a explicação correcta para a maior resistência de estruturas pequenas.

defeito - Material livre e Recozimento Mecânico

Que acontece se uma coluna defeito-livre do níquel do nanoscale continua a ser comprimida? Algo tem que dar, que acontece quando fontes novas de deslocação “nucleate” no material. Enquanto as deslocações existentes desaparecem na coluna devido ao recozimento mecânico, a nucleação de fontes novas da deslocação acontece em uns esforços progressivamente mais altos.

Nas estruturas da coluna, a deformação plástica pode tomar o formulário de aplainar repentino, de inflar, da torcer, ou do cortar da coluna, como as explosões de deslocações novas propagam através dela. Ou as colunas endurecidas, feitas mais fortes pelo recozimento mecânico, podem perfurar certo para tragar na carcaça - mesmo que a coluna e a carcaça são a mesma parte de metal contínua. Ambos Os processos foram capturados nas experiências gravadas dramáticas do Microscópio In Situ.

Figura 2. para a Microscopia de Elétron

Deformação e Geometria

Fazer à máquina FIB usado pelos pesquisadores de NCEM produziu as colunas do níquel que foram afiladas ligeira, e os pesquisadores notaram que esta geometria afetada onde e como a deformação plástica ocorreu, geralmente sendo maiores na extremidade mais de pequeno diâmetro, livre (parte superior) da coluna.

Força Aumentada Mesmo nas Amostras com Deformações

Em colunas maiores, aqueles que aproximam 300 nanômetros no diâmetro, recozimento mecânico não estavam completos, e algumas deslocações permaneceram visíveis mesmo depois a compressão. Contudo mesmo estas colunas exibidas aumentaram a força, e uns esforços progressivamente mais altos eram necessários continuar a deformação - sublinhar o ponto que é a criação de defeitos móveis que determina a força nestes volumes pequenos.

“A beleza da geometria do coluna-teste é que nós podemos direta definir o esforço. Então nós podemos correlacionar os esforços medidos com os eventos plásticos discretos gravamos in situ e interpretamos mais claramente os dados quantitativos de nossas experiências,” diz o Menor. “O debate sobre o que determina a força de uma estrutura pequena veio para baixo quase a uma pergunta do galinha-e-ovo - é algo forte porque você precisa um esforço alto de mover uma deslocação que fosse já lá? Ou é forte porque você precisa um esforço alto a nucleate uma deslocação nova? Neste caso, parece que essa nucleação da fonte - isto é, o “ovo” - é o factor de determinação.”

Reconhecimentos

“O recozimento Mecânico e a deformação Source-limitada em cristais do Ni do submicrometre-diâmetro,” por Z.W. Shan, Raj Mishra, S.A. Syed Asif, Oden L. Warren, e Andrew M. Menor, aparecem na introdução de Materiais da Natureza, avanço De janeiro de 2008 publicação 23 de dezembro de 2007 em linha em http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat2085.html. Este trabalho foi apoiado parcialmente por uma concessão do Ministério de E.U. de Energia a Hysitron, Inc., e igualmente por uma concessão do Escritório da GAMA da Ciência, Escritório de Ciências Básicas da Energia.

Source: Lawrence Berkeley

Date Added: Jan 3, 2008 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 18:20

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