Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Aluminium, lekki powszechnie występujący na Ziemi metal, ma olbrzymią wadę, jest mało wytrzymałe. Pęka pod obciążeniami, którym nie poddają się inne metale. Lekkim i wytrzymały metalem jest za to tytan. Jest on jednak drogi. Dlatego też naukowcy od dawna szukali sposobu na zwiększenie wytrzymałości aluminium.

Udało się to osiągną międzynarodowemu zespołowi pracującemu pod kierunkiem uczonych z University of Sydney. Okazało się, że ściskając aluminium pomiędzy dwoma kowadłami, można uzyskać lekki materiał wytrzymały jak stal.

Podczas prac wykorzystano skręcanie wysokociśnieniowe (HPT - high-pressure torsion). Metoda ta polega na umieszczeniu cienkiego dysku metalu na cylindrycznym kowadle i przyciśnięcie go do drugiego kowadła. W czasie tego procesu jedno z kowadeł powoli się obraca. Nacisk wywierany na metal wynosi około 60 000 kilogramów na centymetr kwadratowy. Po zakończeniu skręcania wysokociśnieniowego aluminium 7075 (to aluminium z niewielką domieszką cynku i magnezu) było przez ponad miesiąc trzymane w temperaturze pokojowej, przeszło zatem proces zwany starzeniem. Zarówno HPT jak i starzenie zmieniły nanostrukturę metalu.

Przeprowadzone później badania wykazały, że tak zmieniony materiał wytrzymuje nacisk 1 gigapaskala. Odpowiada to wytrzymałości najlepszych rodzajów stali i jest wynikiem trzykrotnie lepszym od osiąganego przez standardowe aluminium.

Bliższe badania wykazały, że sieć krystaliczna atomów aluminium została silnie zdeformowana, tworząc hierarchiczną nanostrukturę - wielkość ziaren aluminium zmniejszyła się, a atomy cynku i magnezu połączyły się w grupy o różnej wielkości, która zależała od położenia wewnątrz lub na krawędziach ziaren aluminium.

Nie wiadomo, jak to się dzieje, że takie ułożenie znacząco wzmacnia aluminium, przyznaje Simon Ringer z University of Sydney.

Uczeni mają nadzieję, że uda się stworzyć proces produkcyjny, który umożliwi tworzenie "superaluminium" w skali przemysłowej. Taki materiał znajdzie zastosowanie w przemyśle samochodowym, lotniczym i posłuży do budowy kamizelek kuloodpornych.

Share this post


Link to post
Share on other sites

badanie optymalnych domieszek dla metali musi być fascynującym i żmudnym zajęciem, szczególnie że po raz kolejny na KW jest artykuł pokazujący zmianę zachowania znanych metali po domieszkowaniu w skali nano.

Share this post


Link to post
Share on other sites

A to wszystko, z braku jakichkolwiek teorii/modeli, niczym u średniowiecznych alchemików: metodą prób i błędów, na chybił-trafił.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Podobno dopiero komputery kwantowe mają sobie radzić z takimi obliczeniami. To samo tyczy się badań nad np. lekarstwami. Chemia i metalurgia są chyba dość pokrewne.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nie wiem, czy to kwestia złożoności obliczeń, chyba raczej braku jakiegokolwoik wzoru, który można by komputerowi do liczenia dać.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nie wiem, czy to kwestia złożoności obliczeń, chyba raczej braku jakiegokolwoik wzoru, który można by komputerowi do liczenia dać.

Rozwijając tą myśl - odnoszę wrażenie, że w przypadku nawet domieszkowania tego samego metalu tym samym składnikiem daje różny efekt (co jest oczywiste), ale nie jest to przełożenie liniowe tylko raczej efekt rezonansu, dodajmy że nie każde domieszkowanie da przydatny materiał i wychodzi spora ilość zmiennych, na dzień dzisiejszy zupełnie losowych.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jak pamiętam, to najlepsze stale martenzytyczne wytrzymują 2,8 GPa. Trochę jednak więcej od tego "glinu"...

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Studenci ekonomii z Lehigh University w Pensylwanii wyliczyli, ile kosztowałoby zbudowanie Gwiazdy Śmierci - bojowej stacji kosmicznej z "Gwiezdnych wojen".
      Wg Amerykanów, średnica pierwszej stacji wynosiła 140 km. Założono, że stosunek stali do objętości konstrukcji jest taka, jak we współczesnych okrętach wojennych. Po dokonaniu obliczeń okazało się, że w takim przypadku do budowy Gwiazdy Śmierci trzeba by 1,08x1015 ton stali. Przyjmując, że dzisiejsze tempo produkcji stali to 1,3 mld ton rocznie, wstępny (odlewniczy) etap prac zakończyłby się dopiero po 833315 latach. Koszt operacji wynosiłby 852.000.000.000.000.000 dol. (wg cen z br.). To odpowiednik światowego produktu krajowego brutto pomnożonego przez 13 tysięcy.
      Skoro potrzebowalibyśmy 1,08x1015 ton stali, oznacza to, że na Ziemi znajduje się tyle żelaza, że dałoby się z tego skonstruować ponad 2 mld Gwiazd Śmierci. Jak napisano na blogu Centives, przy realizacji projektu obliczonego na miliardy stacji budowniczy musieliby wykorzystać całe żelazo ze skorupy ziemskiej i sięgnąć po to z jądra.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Odkryto negatywny regulator wytrzymałości. Naukowcy z University of Pennsylvania ustalili, że nieobecność genu opisanego w artykule opublikowanym na łamach Journal of Clinical Investigation prowadzi u myszy do wzrostu wytrzymałości.
      Amerykanie zaznaczają, że wyniki ich studium można wykorzystać do poprawy działania mięśni choćby w zaburzeniach metabolicznych, otyłości czy osłabionych w wyniku naturalnego starzenia.
      Wykazaliśmy, że myszy pozbawione rzeczonego genu biegną 6 razy dłużej niż myszy kontrolne i że męczliwe mięśnie – szybkie mięśnie z przodu nóg – zostają przeprogramowane i stają zmęczeniooporne – opowiada dr Tejvir S. Khurana. Gen koduje białko IL-15R-alfa, które albo działa w pojedynkę, albo razem z interleukiną-15. IL-15R-alfa odgrywa ważną rolę w odpowiedzi immunologicznej. Razem z interleukiną-15 ma też związki z fizjologią mięśni, na razie nie wiadomo jednak, na czym dokładnie polegają.
      Mięśnie zbudowane z włókien wolnych – ST od ang. slow twitch, nazywane też włóknami typu I lub oksydacyjnymi - są przystosowane do ruchów ciągłych o małej intensywności (akcji wytrzymałościowych). Mięśnie zbudowane z włókien szybko kurczących się – FT od ang. fast twitch; nazywa się je też włóknami typu II – umożliwiają akcje szybkie, krótkie i intensywne. Supermięśniami FT są mięśnie poruszające gałką oczną. Są one dodatkowo jedynymi zmęczenioopornymi mięśniami szybkimi.
      Podczas eksperymentów myszy z usuniętym genem IL-15R-alfa pokonywały 6,3 razy dłuższe dystanse i wykazywały bardziej nasiloną ogólną aktywność niż zwierzęta kontrolne. Poza tym ich szybkie mięśnie wydawały się oporne na zmęczenie i kurczyły się wolniej. Khurana i inni udowodnili też, że utrata IL-15R-alfa prowadzi do zmiany sposobu zużywania energii przez szybkie mięśnie, co wiąże się ze znacznym wzrostem wydolności wysiłkowej myszy.
      W mięśniach zmodyfikowanych zwierząt wykryto więcej aktywnych czynników transkrypcyjnych, co przekładało się na większą liczbę włókien o mniejszej powierzchni z większą liczbą mitochondriów. Zagłębiając się dalej w morfologię, naukowcy stwierdzili, że na włókno przypadało więcej jąder komórkowych. Wszystkie zaobserwowane zmiany odpowiadały przekształceniom w kierunku mięśni z przewagą włókien oksydacyjnych.
      Akademicy zauważyli też, że istnieje związek między genem IL-15R-alfa (a właściwie jego brakiem) a osiągnięciami sportowców uprawiających dziedziny wytrzymałościowe. Studium pokazuje, że mięśnie można przeprogramować, dlatego organizacje zajmujące się dopingiem w sporcie powinny dopisać do długiej listy zakazanych środków manipulowanie IL-15R-alfa. Na razie nie sprawdza się tego, nie istnieją też metody wykrywania tego typu praktyk u zawodników. Obecnie zespół Khurany zajmuje się ich stworzeniem.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jeden z przedsiębiorców z Detroit zadziwił ostatnio uczonych wynalezieniem prostego procesu termicznej obróbki stali, który powoduje, że materiał staje się o 7% mocniejszy niż jakakolwiek inna stal. Flash Banite, bo tak nazwano nową stal lepiej też absorbuje wstrząsy niż większość stopów tytanu. Obecnie przedsiębiorca współpracuje z uczonymi z Ohio State University i wspólnie starają się zrozumieć proces wzmacniana stali, nazwany przez nich flash.
      Uczeni przyznają, że gdy po raz pierwszy zgłosił się do nich Gary Cola, nie wiedzieli co o tym sądzić. Proces, który opisał, nie powinien działać. Nie wierzyliśmy mu. Zabrał więc mnie i moich studentów do Detroit - mówi profesor Suresh Babu, dyrektor National Science Foundation Center for Integrative Materials Joining for Energy Applications i jeden z niewielu specjalistów na świecie, który wciąż zajmuje się ulepszaniem właściwości stali.
      Stal to coś, co nazywamy ‚dojrzałą technologią'. Lubimy myśleć, że wiemy o niej wszystko. Jeśli ktoś wymyśli proces, który wzmocni stal o kilka procent, to jest to olbrzymi postęp. Ale aż 7 procent? To niesamowite - mówi uczony.
      Proces wynaleziony przez Gary'ego Colę polega na podgrzaniu i schłodzeniu stali. W stworzonym przez biznesmena laboratorium płachty stali przechodzą przez płomienie o temperaturze 1100 stopni Celsjusza, a następnie trafiają do kąpieli chłodzącej. Cały proces wzmacniania trwa... 10 sekund, gdy tymczasem najczęściej stosuje się technologię wielogodzinnego podgrzewania stali do temperatury około 900 stopni Celsjusza.
      Cola poinformował Babu, że nie tylko błyskawicznie powoduje, że stal jest o 7% mocniejsza, ale można ją wyciągnąć o 30% bardziej niż stal martenzytową bez utraty jej właściwości. To z kolei oznacza, że np. producenci samochodów będą mogli robić ramy o 30% cieńsze, nie poświęcając przy tym wytrzymałości i bezpieczeństwa, a zyskując na wadze pojazdu.
      Poprosiliśmy go o próbki stali i okazało się, że wszystko co mówił, było prawdą - mówi Tapasvi Lolla, jeden ze studentów Babu.
      Cola, metalurg-samouk, nawiązał kontakt z naukowcami, gdyż chciał poznać proces, jaki stoi za wzmocnieniem stali.
      Za pomocą mikroskopu elektronowego ujawniono, że w stali Coli powstała mikrostruktura martenzytowa. Ale nie tylko. Pojawiła się też bogata w węgliki mikrostruktura bainitowa.
      Profesor Babu wyjaśnia, że prawdopodobnie szybkie podgrzanie i schłodzenie powodują, że węgliki nie mają czasu by się rozpuścić i utworzyć w kolejnym etapie martenzyt. Pozostają w stali i uzyskujemy unikatową mikrostrukturę zawierającą bainit, martenzyt i węgliki - mówi uczony.
      Naukowcy mają nadzieję, że wynalazek Coli rozwiąże jeszcze jeden problem. Wysokowytrzymałe stale ulegają znacznemu osłabieniu w miejscach spawania. Niewykluczone, że zastosowanie metody metalurga-samouka, i szybkie podgrzanie oraz schłodzenie łączonych elementów zapobiegnie osłabieniu konstrukcji.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na University of Technology w Sydney powstaje tzw. grafenowy papier - stworzony z grafitu materiał, który jest cienki jak papier i 10-krotnie bardziej wytrzymały niż stal. Pojawienie się takiego materiału będzie miało olbrzymi wpływ na przemysł samochodowy, lotniczy czy elektryczny.
      Profesor Guoxiu Wang i jego zespół z UTS opracowali technologię wytwarzania grafenowego papieru ze zmielonego grafitu poddanego procesom oczyszczania i filtrowania, dzięki którym powstał nanomateriał o zadanych właściwościach. Składa się on z pojedynczej warstwy sześcioatomowego węgla, a dzięki odpowiedniemu dobraniu struktury papieru osiągnięto świetne właściwości termiczne, elektryczne i mechaniczne.
      W porównaniu ze stalą nowy materiał jest sześciokrotnie lżejszy, ma pięć do sześciu razy mniejszą gęśtość, jest dwukrotnie twardszy, 13-krotnie bardziej elastyczny i 10-krotnie bardziej wytrzymały na rozciąganie.
      Dzięki niemu mogą powstać lżejsze i bardziej wytrzymałe samochody oraz samoloty, które będą zużywały mniej paliwa i wydzielały mniej spalin.
      Australijskie odkrycie przysłuży się też australijskiemu górnictwu. Miejscowe kopalnie zawierają bowiem olbrzymie ilości grafitu, który jest potrzebny do produkcji grafenowego papieru.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Aluminium jak lekki metal ma wiele zalet, ale z wytrzymałością się nie kojarzy. Tym bardziej, jeśli nadamy mu strukturę gąbki. Ale pozory mylą, z odpowiednią domieszką aluminium okazuje się wystarczająco mocne, aby zastąpić stal w konstrukcji statków morskich.
      Technologię opracowali niemieccy naukowcy z Fraunhofer Institute w Chemnitz. Mieszanina sproszkowanego aluminium i wodorku tytanu tworzy materiał, który pod wpływem ciepła rośnie, przybierając strukturę gąbki, a zarazem nabierając wytrzymałości i sztywności. Kolejna jego cecha to sposób, w jaki potrafi łączyć się z innymi metalami, która pozwoliła stworzyć warstwowy materiał, idealny do budowy kadłubów statków.
      Mieszanina sproszkowanego aluminium i wodorku tytanu jest prasowana, a następnie umieszczana pomiędzy dwiema stalowymi płytami. Po poddaniu całości temperaturze powyżej 650º C aluminium pęcznieje i tworzy całość ze stalowymi płytami bez używania żadnych środków łączących. Taki materiał jest o trzydzieści procent lżejszy od stali i wystarczająco mocny, aby zbudowane z niego statki mogły pływać nawet po morzach północnych i wytrzymywać nacisk kry.
      We współpracy z fińskim kapitanem, Veikko Hintsanenem powstał już pierwszy statek z kadłubem wykonanym z nowego materiału. „Bioship 1", jak został nazwany, ma być rewolucją w fińskim transporcie wodnym. Lżejszy o 30 procent kadłub oznacza bowiem możliwość zwiększenia użytecznego ładunku, rzadsze rejsy, mniejsze zużycie paliwa i wreszcie mniejszą emisję spalin. Bioship 1 ponadto napędzany jest nie olejem, lecz ciekłym gazem (LNG), co likwiduje ryzyko zanieczyszczenia środowiska w przypadku katastrofy.
×
×
  • Create New...