Processing of Bulk Nanocrystalline Metals at the US Army Research Laboratory

Vincent H. Hammond; Billy C. Hornbuckle; Anit K. Giri; Anthony J. Roberts; Thomas L. Luckenbaugh; Joseph M. Marsico; Scott M. Grendahl; Kristopher A. Darling

doi:10.3791/56950

Tratamiento de metales nanocristalinos de bulto en el laboratorio de investigación del ejército d...

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Processing of Bulk Nanocrystalline Metals at the US Army Research Laboratory

Tratamiento de metales nanocristalinos de bulto en el laboratorio de investigación del ejército de Estados Unidos

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08:58 min

March 7, 2018

DOI: 10.3791/56950-v

Vincent H. Hammond¹, Billy C. Hornbuckle¹, Anit K. Giri¹, Anthony J. Roberts¹, Thomas L. Luckenbaugh², Joseph M. Marsico³, Scott M. Grendahl¹, Kristopher A. Darling¹

¹Weapons and Materials Research Directorate,US Army Research Laboratory, ²Bowhead Total Enterprise Solutions, LLC, ³Oak Ridge Institute for Science and Education

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This paper provides an overview of the Army Research Laboratory's efforts in processing bulk nanocrystalline metals, focusing on methodologies for producing novel metal powders.

Key Study Components

Area of Science

Materials Science
Metallurgy
Nanotechnology

Background

The U.S. Army is developing stabilized bulk nanocrystalline alloys.
These materials are intended for use in diverse operating conditions.
Ball milling is a key technique for synthesizing large volumes of nanocrystalline powders.
Advanced characterization techniques are employed to analyze structure-property relationships.

Purpose of Study

To produce mechanically alloyed nanocrystalline powders.
To facilitate industrial-scale production of nanocrystalline materials.
To explore various consolidation techniques for these materials.

Methods Used

Ball milling for powder synthesis.
Transmission electron microscopy for characterization.
Atom tomography for materials analysis.
Consolidation techniques including ECAE, FAST, and HIP.

Main Results

Successful production of nanocrystalline powders.
Characterization techniques provided insights into material properties.
Demonstrated feasibility of industrial-scale production.
Established processing relationships for bulk alloys.

Conclusions

The study advances the understanding of nanocrystalline metal processing.
It highlights the importance of synthesis techniques in material performance.
Future work will focus on optimizing production methods.

Frequently Asked Questions

What are nanocrystalline metals?

Nanocrystalline metals are materials with grain sizes in the nanometer range, which can exhibit superior mechanical properties.

Why is ball milling used in this study?

Ball milling is effective for producing large volumes of nanocrystalline powders, which is essential for industrial applications.

What is ECAE?

Equal Channel Angular Extrusion (ECAE) is a consolidation technique used to process materials into desired shapes while refining their microstructure.

How does transmission electron microscopy contribute to this research?

Transmission electron microscopy allows for detailed characterization of the nanostructure and properties of the materials produced.

What are the potential applications of stabilized bulk nanocrystalline alloys?

These alloys can be used in various structural applications across different operating conditions, enhancing performance and durability.

Este artículo ofrece una breve descripción de los esfuerzos en curso en el laboratorio de investigación del ejército sobre el procesamiento de metales nanocristalinos de bulto con énfasis en las metodologías utilizadas para la producción de las novela polvos de metal.

El objetivo general de este procedimiento es producir polvos nanocristalinos aleados mecánicamente que puedan procesarse en metales y aleaciones nanocristalinas estabilizados a granel. Para satisfacer las crecientes demandas de rendimiento de materiales, el Ejército de los EE. UU. ha emprendido el desarrollo de aleaciones nanocristalinas estabilizadas a granel para su uso en una amplia gama de condiciones de operación. La molienda de bolas es una de las pocas técnicas de síntesis que permite producir grandes volúmenes de polvos nanocristalinos, lo que facilita la producción a escala industrial de estas aplicaciones estructurales universales.

Las técnicas de caracterización avanzadas, como la microscopía electrónica de transmisión y la protomografía de átomos, junto con la extracción de materiales específicos a la vista en la que nos hemos centrado en el fresado, permiten la determinación de la estructura, las propiedades, las relaciones de procesamiento y las aleaciones a granel. Además de la fabricación aditiva, ARL tiene una variedad de técnicas de consolidación que incluyen la excrusión angular de canal igual, o ECAE, la tecnología de sinterización asistida por campo, o FAST, y el prensado isostático en caliente, o HIP. Para comenzar la síntesis a pequeña escala, en una guantera llena de argón, coloque 10 gramos del elemento primario para la aleación y 100 gramos de bolas de fresado de acero inoxidable o acero para herramientas en un frasco de fresado de acero inoxidable.

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