미국 육군 연구소에서 대량 Nanocrystalline 금속 처리

요약

이 문서는 소설 금속 분말의 생산에 사용 하는 방법론에 중점을 두고 대량 nanocrystalline 금속의 처리에 육군 연구소에서 지속적인 노력에 대 한 간략 한 개요를 제공 합니다.

초록

그들의 큰 나뭇결된 대응에 상대적으로 중요 한 속성 개선에 대 한 그들의 잠재력을 감안할 때, 많은 작업 nanocrystalline 금속의 지속적인된 발전에 헌신 하고있다. 이러한 노력에도 불구 하 고 실제 응용 프로그램에 실험실 벤치에서 이러한 물질의 전환은 원하는 nanocrystalline 마이크로 구조를 유지 하는 대규모 부품을 생산 하는 무 능력에 의해 차단 되었습니다. 접근 하 고 주어진 금속 녹는점의 온도를 nanosized 곡물 구조를 안정화 하는 입증 된 방법의 개발에 따라 미국 육군 연구소 (ARL) 이러한 개발의 다음 단계로 진행 재료-즉 테스트 및 평가 범위 관련 테스트 환경에에서 적합 한 대규모 부품의 생산. 이 보고서는 처리, 특성화 및 ARL에 이러한 자료의 통합에 지속적인 노력에 대 한 광범위 한 개요를 제공합니다. 특히, 초점 지속적인 연구 활동의 중심에 있는 소형 및 대형-규모 금액 nanocrystalline 금속 분말 생성을 위해 사용 하는 방법론에 배치 됩니다.

서론

Nanocrystalline 금속 고 에너지 기계적 합금에 의해 준비 된 전시 그들의 결이 거친 대응에 비해 우수한 기계적 강도를 표시 되었습니다. 그러나, 열역학 원리에 의해 결정 nanocrystalline 마이크로 구조 곡물 coarsening 고온에서 받을 수 있습니다. 이와 같이, 처리 및이 자료의 응용 프로그램 현재 대량 형태로 안정화 마이크로 구조를 만들 수 있는 능력에 의해 제한 됩니다. 이러한 자료의 잠재력을 감안할 때, 두 가지 기본 방법은 이러한 시스템을 개발 하는 노력에서 추진 되고있다. 첫 번째, 운동 방법에 따라 곡 식의 성장을 방지 하기 위해 결정 입자 경계 (GBs)에 고정 힘을 적용 하는 몇 가지 메커니즘을 이용 한다. 전형적인 메커니즘 (제너 고정)^1,2,3 핀 GBs는 이차 단계를 고용 하거나 용액 드래그 효과^4,5. 열역학 방식에 기반 하는 두 번째 방법은 GBs^6,7,

프로토콜

1. 작은 규모 주위 조건 하에서 Nanocrystalline 분말의 합성

1. 제어 아르곤 분위기 장갑 상자에서 배치의 기본 요소 10 g (예., FeNiZr 합금에서 Fe)와 원하는 밀링 항아리에서 볼 밀링 하는 스테인레스 스틸/도구 강철의 100 g.
   참고: 밀링 장갑 상자 안에 항아리에 분말의 로드는 산소 및 수 분 콘텐츠 ^18,19에서 최소한의 이해를 보장 합니다.
2. 후, 항아리를 밀봉 하 고 장갑 상자에서 제거 합니다. 제거 후에, 그 용기는 완전히 밀폐 되어 확인 하 고 적절 한 밀링 기계에 로드 합니다.
3. 1 h 밀링 사이클을 수행한 후 유리병 및 전송 장갑 아르곤 채워진 상자에 다시 제거 합니다.
   참고:이 짧은 항아리와 미디어 생산 되 고 합금을 밀링에서 오염 물질의 양도 줄일 수 있도록 함으로써 기본 요소와 모든 표면 코트 역할을 실행 합니다.
4. 합금 분말, 합성 장갑 상자 안에 그냥 코팅된 밀링 항아리에 원하는 비율에 원소 분말의 10 g의 총을 추가 합니다. 그냥 코팅 분말의 질량을 공의 질량의 10:1 비율이 되도록 항아리에 볼 밀링의 필요한 금액을 추가 합니다. 뚜껑을 배치 ....

결과

약 10 g 분말의 높은 에너지 통 밀에 각 실행 당 생산 됩니다. 소설 nanocrystalline 금속 및 합금 높은 에너지 통 밀에서의 성공적인 합성 후 최대 규모 고 에너지 수평 회전 볼 밀에서 실시 됩니다.

일반적으로, nanostructured 분말 높은 에너지 프로세스, 어떤 점에서 작은 양의 분말의 입자 크기는 정제, 밀링 일괄 처리 당 약 10 g을 사용 하 여 생성 됩니다. 이것은 소규모의 증거-개념에 만족입니다. 그러나, 더 큰 기구는 동일을 할 수 있는 밀링 하지만 대량 생산에 대 한 필요가 존재 합니다. 상당한 양의 분말을, 차례 차례로, 육군 특정 응용 프로그램에 대 한 적절 한 관련 크기 규모에서 시험 될 수 있다 대량 부품의 생산에 대 한 수 있습니다.

토론

다른 합성 기법에 비해, 입자 크기와 금속 및 합금 분말을 생산 하는 매우 다양 한 방법은 기계적 합금 << 100 nm. 실제로, 기계적 합금 재료 비용 효과적이 고 쉽게 확장 가능한 방식으로 생산 수 nanostructured의 큰 볼륨에는 몇 가지 방법 중 하나입니다. 또한, 고 에너지 볼 밀링 훨씬 없는 평형 실내 온도 용 해도 존재 하지 않는 다른 많은 금속 시스템에서 고체 용 해도의 제한을 증가 표시 되었습니다. 새로운 유형의 다른 평형 기법 처리 불가능 한 생산 합금에 대 한 수 있습니다.

비록 반드시 필요한, 밀링 미디어의 적절 한 준비 (예., 코팅 실행)이 최종 분말에 도입 하는 오염 물질의 양을 최소화 하기 위해 좋습니다. 마찬가지로, 분말, 처리 전 또는 후 밀링, 산소 및 수 분 오염에 노출을 최소화 하기 위해 제어 분위기 글러브 박스에서 수행 되어야 합니다. 마지막으로, 배려 및 주의 유리병 잠재적으로 특정 작동 조건 하에서 분말의 밀링.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
구리 분말	Alfa Aesar	42623	구형, -100+325 메시, 99.9%
탄탈륨 분말	Alfa Aesar	10345	99.97%, -325 메시
철 분말	Alfa Aesar	00170	구형, < 10 마이크론, 99.9+%
니켈 분말	Alfa Aesar	43214-325	메시, 99.8%
지르코늄 분말	American Elements	ZR-M-03-P	99.90%
SPEX 밀스 (고에너지 쉐이커 밀)	SPEX SamplePrep	8000M
Zoz mills (고 에너지 수평 로터리 볼 밀)	Zoz GmbH	CM01 (소형 밀) CM08 (대형 밀)
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