Articolo metodologico

Lavorazione dei metalli nanocristallini Bulk presso la US Army Research Laboratory

DOI:

10.3791/56950

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7 marzo 2018

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

In questo articolo

Sommario

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Questo documento fornisce una breve panoramica degli sforzi in corso presso il laboratorio di ricerca dell'esercito sul trattamento dei metalli nanocristallini massa con un'enfasi sulle metodologie utilizzate per la produzione di polveri di metallo romanzo.

Abstract

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Dato il loro potenziale per miglioramento delle proprietà significative rispetto al loro controparti grana grande, molto lavoro è stato dedicato per il costante sviluppo di metalli nanocristallini. Nonostante questi sforzi, la transizione di questi materiali da banco di laboratorio per applicazioni reali è stata bloccata dall'incapacità di produrre pezzi su larga scala che conservano le microstrutture nanocristallino desiderata. In seguito allo sviluppo di un metodo provato per stabilizzare la struttura del grano di dimensioni nanometriche a temperatura vicina a quella del punto di fusione del metallo determinato, il US Army Research Laboratory (ARL) è progredito alla fase successiva nello sviluppo di questi materiali - vale a dire la produzione di ricambio per test e valutazione in una gamma di ambienti di test pertinenti su larga scala. Questo rapporto fornisce un'ampia panoramica degli sforzi in corso all'elaborazione, la caratterizzazione e il consolidamento di questi materiali alle ARL. In particolare, si concentra sulla metodologia utilizzata per la produzione di polveri metalliche la nanocristallino, in quantità piccole e grandi, che sono al centro degli sforzi di ricerca in corso.

Introduzione

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Nanocristallino metalli preparati da alligazione meccanica ad alta energia sono stati indicati per esibire una forza meccanica superiore rispetto ai loro omologhi a grana grossa. Tuttavia, come dettato dai principi termodinamici, nanocristallino microstrutture sono soggetti a grano involgarimento alle temperature elevate. Come tale, l'elaborazione e le applicazioni di questi materiali attualmente è limitato dalla capacità di creare microstrutture stabilizzate in forma sfusa. Dato il potenziale di questi materiali, due metodi principali sono perseguiti nel tentativo di sviluppare tali sistemi. Il primo, basato su un approccio cinetico, utilizza diversi meccanismi per a....

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Protocollo

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1. piccola scala sintesi di polveri nanocristallino in condizioni ambientali

  1. In un'atmosfera controllata argon glove box, posto 10 g dell'elemento primario (ad es., Fe in lega di FeNiZr) e 100 g di acciaio inox/strumento fresatura palle nel vaso di fresatura desiderata.
    Nota: Il caricamento di polvere in vaso all'interno di un vano portaoggetti di fresatura è necessario per garantire minimo assorbimento di ossigeno e/o umidità contenuto 18,19.
  2. Dopo il caricamento, sigillare il barattolo e togliere il vano portaoggetti. Dopo la rimozione, garantire quel barattolo è completamente ....

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Risultati

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Circa 10 g di polvere sono prodotte per ogni corsa del mulino di agitatore ad alta energia. Dopo la riuscita sintesi tra romanzo nanocristallino metalli e leghe in mulino agitatore ad alta energia, la scalabilità è condotto in un laminatoio di sfera rotante orizzontale di alta energia.

In genere, polveri nanostrutturate vengono generati utilizzando alta energia fresatura processi, in cui la granulometria di una piccola quantità .......

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Discussione

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Rispetto ad altre tecniche di sintesi, alligazione meccanica è un metodo estremamente versatile per la produzione di polveri metalliche e legate con granulometrie << 100 nm. Infatti, alligazione meccanica è uno dei pochi modi in cui grandi volumi di nanostrutturati materiali possono essere prodotto in modo conveniente e facilmente scalabile. Inoltre, fresatura ad alta energia palla ha dimostrato di aumentare notevolmente il limite di solubilità solida in molti sistemi metallici in cui non esiste altrimenti solubilità te.......

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Polvere di rameAlfa Aesar42623sferica, -100+325 mesh, 99,9%
Polvere di tantalioAlfa Aesar1034599,97%, -325 mesh
Polvere di ferroAlfa Aesar 00170Sferico, < 10 micron, 99,9 + %
polvere di nichelAlfa Aesar43214-325mesh, 99,8%
polvere di zirconioAmerican ElementsZR-M-03-P99,90%
Mulini SPEX (mulini shaker ad alta energia)SPEX SamplePrep8000M 
Mulini Zoz (mulino a sfere rotante orizzontale ad alta energia)Zoz GmbHCM01 (mulino piccolo) CM08 (mulino grande)
Fascio ionico focalizzatoFEI Nova600i Nanolab microscopio elettronico a scansione FIB/SEM
FEI Nova600i Nanolab sistema di lucidatura ionica di precisione FIB/SEM
Gatan Modello 695
Microscopio elettronico a trasmissioneJEOL 2100F TEM polivalente per l'emissione di campi
Tomografia a sonda atomicaCAMECA  LEAP 5000XR
Channel Angular ExtrusionShearFormCustom costruito
IsostaticPress Matsys
a doppio raggioa doppio raggioEqual Hot

Riferimenti

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  1. Perez, R. J., Jiang, H. G., Lavernia, E. J., Dogan, C. P. Grain Growth of Nanocrystalline Cryomilled Fe-Al Powders. Metall Mater Trans A. 29 (10), 2469-2475 (1998).
  2. Shaw, L., Luo, H., Villegas, J., Miracle, D. Thermal Stability of Nanostructured Al93Fe3Cr2Ti2 Alloys Prepared by Mechanical Alloying. Acta Mater. 51 (9), 2647-2663 (2003).
  3. Boylan, K., Ostrander, D., Erb, U., Palumbo, G., Aust, K. T.

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Macinazione a sfereLega meccanicaEstrusione angolare a canale ugualeSinterizzazione assistita da campo elettricoPressatura isostatica a caldoMicroscopia elettronica a trasmissioneTomografia a sonda atomicaLavorazione delle polveriConsolidamento di massa

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