Name: ABD ordusu araştırma laboratuvarı toplu Nanocrystalline metallerin işlenmesi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-03-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 58 s
Description: Öğrenin, ABD ordusu araştırma laboratuvarında toplu nanokristal metallerin işlenmesini. Bilyalı öğütme ile mekanik alaşımlı nanokristal tozlar üretin ve endüstriyel ölçekli üretim için konsolidasyon tekniklerini keşfedin.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

1. küçük ölçekli Nanocrystalline tozlar ortam koşulları altında sentezi
<ol><li>Birincil öğenin 10 g kontrollü argon atmosfer eldiven kutusuna koyun (örn., Fe FeNiZr alaşım) ve paslanmaz çelik/Takım çeliği topları istenen freze kavanoza freze 100 g. Not: kavanoz içinde bir torpido freze içine toz yüklenmesini oksijen ve/veya nem içerik 18,19en az Alım için gereklidir.</li>
	<li>Yükleme sonra kavanoz mühür ve eldiven kutusundan kaldırmak. Kaldırma sonra o kavanoz tamamen kapalı sağlamak ve uygun freze makinesine yükleyin.</li>
	<li>Döngüsü freze bir 1s gerçekleştirdikten sonra şişe ve argon dolu eldiven kutusuna geri transfer kaldırın. Not: Bu kısa çalıştırmak böylece jar ve medya üretilen alaşım için freze kirletici madde transferini azaltmak için yardımcı öğenin birincil ile tüm yüzeyler kat için hizmet vermektedir.</li>
	<li>Alaşım tozlar sentezlemek için sadece kaplamalı freze kavanoz torpido içinde istenen oranları elemental tozlar 10 g toplam ekleyin. Gerekli miktarda sadece öyle ki topları ayine toz kütlesi 10:1 oranında topları kavanoz freze kaplı ekleyin. Kapağı yerleştirilir ve freze jar torpido kaldırılması önce sıkılır. Kaldırıldıktan sonra daha fazla kapak sıkma bir İngiliz anahtarı ve bir Yardımcısı kullanılarak gerçekleştirilmelidir.</li>
	<li>Yüksek enerji shaker fabrikasında ve başlatmak Frezeleme işlemi (genellikle on order of 20 h) şişe yerleştirin. Freze tamamlandıktan sonra ve torpido için transfer şişeyi çıkarın. Dikkatle ve öğütülmüş toz istenen örnek şişeyi depolama için transfer kapağı çıkarın. Not: mekanik elementlerinin bir tipik yüksek enerji shaker değirmen şekil 3Aiçinde gösterilir. Ne kadar yüksek enerji nanocrystalline malzemeleri sonuçlarında freze gösterilen bir şematik şekil 3B', bir ortalama son partikül büyüklüğü şekil 3 ciçinde gösterilen 10 ve 500 µm arasında gösterilen resim ile gösterilir.</li>
</ol>2. küçük ölçekli Nanocrystalline tozlar kriyojenik koşullar altında sentezi
<ol><li>Kavanoz ve 1.1-1.3 adımlarda açıklandığı gibi topları Frezeleme için çalıştırmak kaplama gerçekleştirin.</li>
	<li>Kontrollü atmosfer eldiven kutusunda kaplanmış kavanoz elemental tozlar istenilen miktarda ile freze ve medya freze doldurun. Kavanoz sıkma sonra eldiven kutusundan kaldırın.</li>
	<li>Teflon kol ve sonra yüksek enerji shaker değirmen kelepçe içinde yerleştirilir kap içinde freze kavanoz yerleştirin.</li>
	<li>Cryogen içeren dewar açın ve akışı freze kavanoz (-196 ° C için sıvı azot ve likit argon için-186 ° C) istenilen dereceye geldi emin olmak yaklaşık 30 dk için izin.</li>
	<li>İstenen süre ulaşana kadar denge ulaştıktan sonra Frezeleme işlemi başlatabilir. Üzerinde ikmal, dewar kapatın, dikkatle freze kavanoz kol çıkarın ve oda sıcaklığına getirmek için bir kurutucu önünde yerleştirin.</li>
	<li>Freze kavanoz oda sıcaklığına ulaştığında, kontrollü atmosfer eldiven kutusuna geri içeri aktarın. Dikkatle freze kavanoz açık ve tozlar için istenen depolama şişe aktarın. Not: Kryojenik sıcaklıklarda kullanmak için adapte yüksek enerji shaker değirmen resmini artistik 4Agösterilir. Hemen bir cryomilling işleminden çıkarıldıktan sonra bir freze şişe şekil 4B ' gösterilir. Şekil 4 c genellikle bir işleme işleminde kullanılan topları freze sayısı hakkında bir fikir sağlar.</li>
</ol>3. büyük ölçekli Nanocrystalline tozlar sentezi
<ol><li>Bir argon torpido, mühür, içinde bir cam kavanoza gerekli elemental Alaşımlandırma tozlar yüklemek ve kaldırmak.</li>
	<li>Gemi yüksek enerjili yatay döner top değirmene ekledikten sonra yaklaşık 1 kg 440 C paslanmaz çelik bilye soğutma bir ceket içinde yer alan bir paslanmaz çelik 8 L kap içine yükleyin. Not: Yüksek enerji yatay döner top değirmen çeşitli yerlerinde görüntülerini şekil 5' te gösterilmektedir.</li>
	<li>Argon gaz borusu ve soğutucu satırları gemi bağlayın. Arka-dolgu ve tasfiye havayı çıkarmak için argon gazı ile gemi.</li>
	<li>Çift Kişilik bir küresel vana kullanarak, Alaşımlandırma elemental tozlar freze damar aktarmak ve Vana odası kapatın kapatın.</li>
	<li>Toz emme sistemi freze gemi ve sonra geri-dolgu bağlantısı ve emme sistemi havayı çıkarmak için argon gazı ile tasfiye.</li>
	<li>Etilen glikol-25 ° c geminin dış ceket üzerinden akan Başlat.</li>
	<li>400-800 devir/dakika döngüsel enerjisini kullanarak öğütme işlemi elemental tozlar istediğiniz süreyi (genellikle 12-30 h) için ilâ 1 kg için başlar. Freze tamamlandığında, tozlar argon atmosfer altında bir kavanoza aktarın. Mağaza bir argon kavanoza torpido dolu.</li>
</ol>

<ol><li>Perez, R. J., Jiang, H. G., Lavernia, E. J., Dogan, C. P. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s11661-998-0218-7">Grain Growth of Nanocrystalline Cryomilled Fe-Al Powders.</a> Metall Mater Trans A. 29 (10), 2469-2475 (1998).</li>
<li>Shaw, L., Luo, H., Villegas, J., Miracle, D. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645403000752">Thermal Stability of Nanostructured Al93Fe3Cr2Ti2 Alloys Prepared by Mechanical Alloying.</a> Acta Mater. 51 (9), 2647-2663 (2003).</li>
<li>Boylan, K., Ostrander, D., Erb, U., Palumbo, G., Aust, K. T. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0956716X9190144P">An in-situ TEM Study of the Thermal Stability of Nanocrystalline Ni-P.</a> Scripta Metall Mater. 25 (12), 2711-2716 (1991).</li>
<li>Michels, A., Krill, C. E., Ehrhardt, H., Birringer, R., Wu, D. T. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645499000798">Modelling the Influence of Grain-size-dependent Solute Drag on the Kinetics of Grain Growth in Nanocrystalline Materials.</a> Acta Mater. 47 (7), 2143-2152 (1999).</li>
<li>Knauth, P., Charai, A., Gas, P. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0956716X9390436V">Grain Growth of Pure Nickel and of a Ni-Si Solid Solution Studied by Differential Scanning Calorimetry on Nanometer-sized Crystals.</a> Scripta Metall Mater. 28 (3), 325-330 (1993).</li>
<li>Detor, A. J., Schuh, C. A. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645406006082">Tailoring and Patterning the Grain Size of Nanocrystalline Alloys.</a> Acta Mater. 55 (1), 371-377 (2007).</li>
<li>Detor, A. J., Schuh, C. A. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645407002169">Grain Boundary Segregation, Chemical Ordering and Stability of Nanocrystalline Alloys: Atomistic Computer Simulations in the Ni-W System.</a> Acta Mater. 55 (12), 4221-4232 (2007).</li>
<li>Detor, A. J., Miller, J. K., Schuh, C. A. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/14786430600726749">Solute Distribution in Nanocrystalline Ni-W Alloys Examined Through Atom Probe Tomography.</a> Philos Mag. 86 (28), 4459-4475 (2006).</li>
<li>Darling, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359646208003394">Grain-size Stabilization in Nanocrystalline FeZr Alloys.</a> Scripta Mater. 59 (5), 530-533 (2008).</li>
<li>Lavernia, E. J., Han, B. Q., Schoenung, J. M. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921509307019065">Cryomilled Nanostructured Materials: Processing and Properties.</a> Mat Sci Eng A-Struct. 493, 207-214 (2008).</li>
<li>Darling, K. A., VanLeeuwen, B. K., Koch, C. C., Scattergood, R. O. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921509310001930">Thermal Stability of Nanocrystalline Fe-Zr Alloys.</a> Mat Sci Eng A-Struct. 527 (15), 3572-3580 (2010).</li>
<li>Darling, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921509311002553">Stabilized Nanocrystalline Iron-based Alloys: Guiding Efforts in Alloy Selection.</a> Mat Sci Eng A-Struct. 528 (13-14), 4365-4371 (2011).</li>
<li>Dake, J. M., Krill, C. E. III <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359646211007330">Sudden Loss of Thermal Stability in Fe-based Nanocrystalline Alloys.</a> Scripta Mater. 66 (6), 390-393 (2012).</li>
<li>Ma, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645413007271">Mechanical Behavior and Strengthening Mechanisms in Ultrafine Grain Precipitation-Strengthened Aluminum Alloy.</a> Acta Mater. 62, 141-155 (2014).</li>
<li>Chookajorn, T., Schuh, C. A. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645414001864">Nanoscale Segregation Behavior and High-temperature Stability of Nanocrystalline W-20 at% Ti.</a> Act Mater. 73, 128-138 (2014).</li>
<li>Kalidindi, A. R., Schuh, C. A. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645417302197">Stability Criteria for Nanocrystalline Alloys.</a> Acta Mater. 132, 128-137 (2017).</li>
<li>Suryanarayana, C. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642599000109">Mechanical Alloying and Milling.</a> Prog Mater Sci. 46 (1-2), 1-184 (2001).</li>
<li>Darling, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022311515302002">Structure and Mechanical Properties of Fe-Ni-Zr Oxide-Dispersion-Strengthened (ODS) Alloys.</a> J Nucl Mater. 467 (1), 205-213 (2015).</li>
<li>Darling, K. A., Roberts, A. J., Mishin, Y., Mathaudhu, S. N., Kecskes, L. J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838813007081">Grain Size Stabilization of Nanocrystalline Copper at High Temperatures by Alloying with Tantalum.</a> J Alloy Compd. 573 (5), 142-150 (2013).</li>
<li>Boschetto, A., Bellusci, M., La Barbera, A., Padella, A., Veniali, F. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s00170-013-5201-9">Kinematic Observations and Energy Modeling of a Zoz Simoloyer High-Energy Ball Milling Device.</a> Int J Adv Manuf Tech. 69 (9-12), 2423-2435 (2013).</li>
<li>Karthik, B., Gautam, G. S., Karthikeyan, N. R., Murty, B. S. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s11661-011-0946-y">Analysis of Mechanical Milling in Simoloyer: An Energy Modeling Approach.</a> Metall Mater Trans A. 43 (4), 1323-1327 (2012).</li>
<li>Giannuzzi, L. A., Stevie, F. A. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0968432899000050">A Review of Focused Ion Beam Milling Techniques for TEM Specimen Preparation.</a> Micron. 30 (3), 197-204 (1999).</li>
<li>Hornbuckle, B. C., et al. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s11837-015-1643-x">Effect of Ta Solute Concentration on the Microstructural Evolution in Immiscible Cu-Ta Alloys.</a> JOM. 67 (12), 2802-2809 (2015).</li>
<li>Darling, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extreme+Creep+Resistance+in+a+Microstructurally+Stable+Nanocrystalline+Alloy%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Extreme Creep Resistance in a Microstructurally Stable Nanocrystalline Alloy.</a> Nature. 537, 378-381 (2016).</li>
<li>Segal, V. M. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0921509395097058">Materials Processing by Simple Shear.</a> Mat Sci Eng A-Struct. 197 (2), 157-164 (1995).</li>
<li>Segal, V. M. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921509399002488">Equal channel angular extrusion: From Macromechanics to Structure Formation.</a> Mat Sci Eng A-Struct. 271 (1-2), 322-333 (1999).</li>
<li>Valiev, R. Z., Langdon, T. G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642506000120">Principles of Equal-Channel Angular Pressing as a Processing Tool for Grain Refinement.</a> Prog Mater Sci. 51 (7), 881-981 (2006).</li>
<li>Robertson, J., Im, J. T., Karaman, I., Hartwig, K. T., Anderson, I. E. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022309302019956">Consolidation of Amorphous Copper Based Powder by Equal Channel Angular Extrusion.</a> J Non-Cryst Solids. 317 (1-2), 144-151 (2003).</li>
<li>Haouaoui, M., Karaman, I., Maier, H. J., Hartwig, K. T. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s11661-004-0241-2">Microstructure Evolution and Mechanical Behavior of Bulk Copper Obtained by Consolidation of Micro- and Nanopowders Using Equal-Channel Angular Extrusion.</a> Metall Mater Trans A. 35 (9), 2935-2949 (2004).</li>
<li>Senkov, O. N., Senkova, S. V., Scott, J. M., Miracle, D. B. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921509304012444">Compaction of Amorphous Aluminum Alloy Powder by Direct Extrusion and Equal Channel Angular Extrusion.</a> Mat Sci Eng A-Struct. 393 (1-2), 12-21 (2005).</li>
<li>Frolov, T., Darling, K. A., Kecskes, L. J., Mishin, Y. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645412000468">Stabilization and Strengthening of Nanocrystalline Copper by Alloying with Tantalum.</a> Acta Mater. 60 (5), 2158-2168 (2012).</li>
<li>Darling, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645414003371">Microstructure and Mechanical Properties of Bulk Nanostructured Cu-Ta Alloys Consolidated by Equal Channel Angular Extrusion.</a> Acta Mater. 76, 168-185 (2014).</li>
<li>Furukawa, M., Horita, Z., Nemoto, M., Langdon, T. G. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1023/A%3A1017932417043">Processing of Metals by Equal-Channel Angular Pressing.</a> J Mater Sci. 36 (12), 2835-2843 (2001).</li>
</ol>

Diğer sentez teknikleri, mekanik elementlerinin tahıl boyutları ile metal ve alaşım tozu üretimi için çok yönlü bir yöntem karşılaştırılır << 100 nm. Gerçekten de, mekanik elementlerinin nanostructured hangi geniş hacimli birkaç yöntemden malzeme maliyet etkin ve kolayca ölçeklenebilir bir şekilde üretilebilir biridir. Ayrıca, yüksek enerjili topu freze büyük ölçüde içinde denge oda sıcaklığında çözünürlük aksi takdirde var olmayan birçok metalik sisteminde katı çözünürlük sınırını artırmak için gösterilmiştir. Bu yeni ...

Nanocrystalline metaller yüksek enerji mekanik elementlerinin tarafından hazırlanan kilitten karşılıkları ile karşılaştırıldığında üstün mekanik güç sergilemek gösterilmiştir. Ancak, termodinamik ilkeleri tarafından dikte edildiği gibi nanocrystalline microstructures yüksek sıcaklıklarda coarsening tahıl tabidir. Bu nedenle, işleme ve uygulamaları bu malzemelerin şu anda sınırlı tarafından stabilize microstructures toplu formunda oluşturma yeteneği. Bu malzemelerin potansiyeli göz önüne alındığında, iki birincil yöntem bu tür sistemleri geliştirmek için bir çaba takip. İlk, temel Kinetik bir yaklaşım, tahıl sınırları (GBs) tahıl büyüme önlemek için sabitleme bir kuvvet uygulamak için çeşitli mekanizmalar kullanır. Tipik mekanizmaları GBs ikincil aşamaları olan bir PIN (sabitleme Zener)1,2,3 istihdam ve/veya çözünen sürükleyin etkileri4,5. İkinci yöntemi bir termodinamik yaklaşım, göre tahıl büyüme GB serbest enerji çözünen atomlar GBs6,7,8,9' a, bölümleme yoluyla azaltarak bastırır 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16.
Geliştirmek için ilk adım ile nanograined Mikroyapı alaşımlar gibi içine tahıl büyüme ve yüksek sıcaklıklardaki microstructural istikrar yöneten termodinamik ve Kinetik ilkeleri temel anlayış kurulmuştur. Hesaplamalı Malzeme Bilimi de alaşım geliştirme kılavuzu kullanıldı. Bu bilgileri kullanarak, küçük ölçekli bir sürü çeşitli alaşım tozlar freze ve fiziksel ve mekanik özellikleri geniş bir yelpazesi için değerlendirilen yüksek enerji kullanılarak üretildi. Daha umut verici sistemleri için gelişmiş karakterizasyonu teknikleri tamamen toz Mikroyapı gözlenen özellikleri ve performansı için bağlamak için geliştirilmiştir.
Aynı anda, altyapı ve nanocrystalline tozlar toplu bileşenleri üretmek için gerekli ekipman satın aldı. Bir kez bu ekipman yerdeydi, tamamen alaşım tozlar malzemelerden toplu birleştirmek için gereken işleme bilim küçük ölçekli deneyler bir dizi sayesinde geliştirilmiştir. Bir kez toplu örnekleri mevcut idi, deneyler bir dizi çok çeşitli koşulları (örneğin, yorgunluk, sürüngen, yüksek gerilme oranı, vb.) altında bu malzemelerin mekanik yanıt anlamak için gerçekleştirilen. Bu deneylerden elde bilgi stabilize toplu nanocrystalline alaşımlar ticarileştirilmesi sağlayacak olası uygulama alanlarda geliştirmek için kullanılmıştır.
Toplu olarak, bu görevleri toplantı geliştirme ABD Ordu Araştırma Laboratuvarı (ARL) içinde 4 ana laboratuarları oluşan bir nanocrystalline metaller araştırma merkezi için açmıştır. Bu laboratuvar karmaşık 20 milyon USD toplam yatırım temsil eder ve temel, uygulamalı ve üretim bilim yönlerini kapsayan benzersizdir. Geçiş prototip fikirler pilot ölçekli ve ön üretim düzeyleri için birincil amacı, bu labs etmektir. Bunu yaparken, o laboratuar sonuçlarını prototip parçaların üretim etkinleştirmek, gerekli bilgi ve bilim ölçekli-up işleme üretim geliştirmek ve iç de dış araştırma kurumları olarak bağlantıları için izin olduğunu tahmin edilmektedir veya Endüstriyel Ortaklar ticarileştirilmesi ve bu gelişmiş toz teknoloji geçiş yoluyla.
Daha önce belirtildiği gibi ilk adım tanımlamak, üretmek ve hızla yeni alaşım prototip sentezi ve üretim prototip parçalara her iki fizibilite için değerlendirmek etmektir. Bunu yapmak için birkaç benzersiz, özel tasarlanmış yüksek enerji shaker fabrikaları tozlar ile 200 ° c-196 ° c sıcaklıklarda çok çeşitli üzerinde işlem yeteneği ile inşa edilmiştir Adından da anlaşılacağı gibi bu mills yaklaşık 10-20 gr toz ve toz, her bir parçacık olduğu bir kompozisyon proportion için üretmek için medya taşlama arasında tekrarlayan etkileri neden olan şiddetli sallayarak eylem yoluyla ince tozları üretmek başlangıç elemental toz karışımı. Tozlar hızlı tarama için uygun iken fabrikaları bu tür açıkça (çevre) endüstriyel ölçekte tozu üretim için uygun değildir (örn., kilogram).
Toz büyük miktarlarda üretmek için gereken verilen ve sürekli olarak bir süreç olarak mümkün, bir ara donatım ve potansiyel olarak uygun yöntemleri tanımlamak için üstlenmiş oldu. Gezegen Küresel değirmenler parçacık boyut küçültme Bileme ve merkezkaç güçleri tarafından neden olduğu çakışmaları nedeniyle sonuçlanan dikey olarak yönlendirilmiş tüpleri üzerinden ters yönde döner bir destek disketi kullanın. Boyutları için çoğu gezegen fabrikaları aralığı yaklaşık 2 kg kadar çok. Geleneksel mills, attritor fabrikaları çarklar dikey davul içinde bir dizi oluşur. Çarklar rotasyon hareket parçacık boyut küçültme toz, toplar ve çarklar arasında çarpışmalar ile sonuçlanan taşlama medya neden. Daha büyük attritor fabrikaları üzerinde 200 kg başına üretme yeteneğine sahiptir. Bu fabrikaları her ikisi de önemli artışlar lot boyutlarında shaker fabrikaları göre teklif rağmen onlar sürekli bir şekilde çalıştırabilen değildir ama oldukça olmalı yüklü ve her çalıştırmak için el ile kaldırıldı.
Bu eksiklikler nedeniyle dikkat bir dizi yüksek enerji, yatay döner Küresel değirmenler için kaymıştır. Olduğu kadar 200 kg toplu iş işleme yeteneğine sahip, bu fabrikaları da inert atmosfer hem de vakum altında yeteneğine. Son olarak, freze odası öğütme işlemi tamamlandıktan sonra toz hızlı ve otomatik kaldırılması için sağlayan bir hava kilidi ile dizayn edilmiştir. Bir otomatik toz enjeksiyon sistemi ile birlikte, bu top mill böylece endüstriyel ayarları için son derece uygun bir sistem yapım oldukça sürekli bir şekilde çalıştırabilen olduğu anlamına gelir. Özelliklerin bu kombinasyon, nedeniyle ARL son zamanlarda satın alınan ve yüklü iki fabrikaları var ve şimdi iç toz işleme çabaları geliștirme devreye girer.
Toz işleme çabaları devam çabaları bir merkezi boy temsil ederken, karakterizasyonu ve en umut verici alaşım tozlar sağlamlaştırılması Ayrıca odaklı araştırma alanlarıdır. Gerçekten de, aşağıda, ARL detaylı olarak önemli koşul analitik yapmıştır ve test donanımları, tam anahtar şekil-in yeni tozlar değerlendirmek için gerekli. Ayrıca, geleneksel tam ölçekli mekanik test ve karakterizasyonu için şimdi başarılı konsolidasyon örnekleri sağlar (örn., gerginlik, aşırı yorgunluk, sürüngen, şok ve balistik değerlendirme) genellikle mümkün olmamıştır Bu malzemelerin Bu malzeme sınıfı için. Bu makalede ARL ilk, ölçek-up, konsolidasyon malzemelerin ve toplu nanocrystalline metaller ve alaşımlar için kullanılan iletişim kurallarını bildirir.
İki ana labs toz sentezi için şekil 1' de görülebilir. Şekil 1A küçük ölçekli toz hızlı gelişim kavramları ve alaşım tasarım sağlayan laboratuvar işlemek gösterir. Bu laboratuvar (oda sıcaklığında 400 ° c) ve 10-196 ° c sıcaklık aralığında birkaç özel tasarlanmış yüksek enerji fabrikaları ile işlem tozlar yeteneği içerir. Laboratuar da termal ve microstructural istikrar hızlı değerlendirmesi için tasarlanmış bir özel yatay tüp ocağı içerir (örn., tahıl büyüme çalışmaları) yeni metal alaşımlarının. Son olarak, laboratuar da gerginlik, Yamultma yumruk ve aygıt hem hem bir state-of--art Araçlı nano uç test izlenim sürüngen de dahil olmak üzere birkaç benzersiz küçük ölçekli mekanik test kurulumları evler. Sonra iyice test ve göstermek için söz verilen anıt, seçili alaşımları nerede mühendislik ve protokolleri üretim büyük ölçekli izin vermek üzere geliştirilen büyük ölçekli işleme Laboratuarı (şekil 1B), taşınır (örn., kilogram) imalatı belirli toz. Toplamda, labs toplam yatırım 2 milyon USD sırasını temsil ve roman parçacýklarýn bulunduðu alanlar sayýlabilir laboratuar tezgah üzerinden böylece prototip parçaların üretim etkinleştirme pilot ölçekli üretim seviyelerine geçişin kapsar.
Yüksek enerji topu freze/mekanik elementlerinin nanocrystalline metaller ve alaşımlar toz formu17üretmek için çok yönlü bir süreçtir. Kaba taneli tozlar (genellikle kaba tahıl boyutu ~ 5-10 µm) ile başlayarak, nanocrystalline tozlar kaba tahıl boyut < 100 nm ile freze sonra elde etmek mümkündür. Bu freze rutin titreşim/shaker fabrikasında gerçekleştirilir. Freze şişe toz hem de freze topları, genellikle paslanmaz çelik istediğiniz miktarı ile doldurulur. Bu değirmen salınımlarını yaklaşık 1080 döngüleri min-1oranında kısa yanal hareketleri ile ileri geri içeren bir hareket şişeleri sallıyor. Topları birbirleriyle çarpıştığında karmaşık her hareket ile şişe ve kapağı içine karşı etkisi ve aynı anda toz ince boyutunu azaltmak. Toz haline öğretilir kinetik enerji yarım kitle yatakların ortalama hız (19 m s-1) için kare kez eşittir. Değirmen güç, örneğin. enerji birim birim zamanda, değirmen (15-26 Hz) sıklığı ile artar teslim. Toplar ve en düşük frekans tipik sayısı verilen 20 h süre alarak, etkileri toplam sayısı 1,5 milyar aşıyor. Bu etkileri sırasında toz tekrarlanan kırılma ve bileşenlerinin atomik düzeyde nerede karıştırılır noktaya kadar cold-welding uğrar. Kesin bu karıştırma ve mikro arıtma kolaylaştırdı kesme şeritler şeklinde hem de Mikroyapı kesen bir yüksek yoğunluklu Dislokasyonlar ve nokta kusurları yerelleştirilmiş deformasyon tarafından. Sonunda, yerel sıcaklık çarpışma sıcaklığını yükseltir, Rekombinasyon ve imha bu kusurların oluşur, onların nesil ile kararlı bir duruma. Defekt sonunda, yine de yeniden yapılanma, daha küçük ve daha küçük yüksek açı equiaxed tahıl oluşumu sonucu yapıları. Böylece, top freze yüksek yoğunluklu kusurların varlığı ile kendini gösteren ağır plastik deformasyon indükler bir süreçtir. Bu işlem artan yayınım çözünen öğeleri ve arıtma ve ikincil aşamalarının dağılım ve Mikroyapı genel nanostructuring sağlar.
Yüksek enerji cryomilling yüksek enerji topu freze freze şişe kriyojenik sıcaklık öğütme işlemi sırasında korunur aslında dışında benzer bir freze işlemidir. Şişeyi tek tip bir sıcaklık elde etmek için değirmen aşağıdaki gibi değiştirildi. Freze şişe önce sonra Teflon kap ile mühürlenmiş bir Teflon kol içine yerleştirilir. Kolu paslanmaz çelik ve plastik boru aracılığıyla uygun cryogen (sıvı azot (LN2) veya likit argon (LAr)) içeren bir dewar bağlıdır. Cryogen kol boyunca Frezeleme şişe serin ve freze flakon-196 ° C LN2 ve-186 ° C LAr için gibi cryogen kaynar sıcaklıkta korumak öğütme işlemi üzerinden akışı. Düşük sıcaklıklar kriyojenik işleminin hangi başka türlü-oda sıcaklığında öğütülür daha sünek metaller artan parçalanma neden. Ayrıca, kriyojenik sıcaklık termal aktif diffusional oluşum öyle aynı derecede tahıl büyüme azaltmak ve böylece izin faz ayrımı mikro arıtma ve çözünürlük çözünmez temel türlerin arttı.
Yüksek enerji yatay döner top değirmen freze birkaç bıçaklı bir dingil sabit, yüksek hızlı bir rotor ile bir yatay paslanmaz çelik Frezeleme kavanozu oluşur sisteminin yüksek bir enerjidir. Öğütülmüş için toz freze topları ile birlikte kavanoz içinde aktarılır. Topları ve toz hareket mili kavanoz içinde rotasyon yoluyla elde edilir. Şaft yüksek hızda döner ve freze çelik topları çarpışır, hızlandırmak ve Kinetik enerjilerini tozlar için transfer. 100-1000 rpm aralığıdır ve topları ortalama hızı 14 m s-1olduğunu. Özellikle, değirmen freze sıcaklığı (200 ° c yüksek-30 ° C) bir dizi üzerinden çalışmasına donatılmıştır ve vakum (mTorr) altında ya da (kapak benzin türleri kullanan) baskı modu (1500 Torr) çalıştırabilirsiniz. Temel birimi ek olarak, değirmen bir taşıyıcı gaz deşarj ünitesi ile donatılmış yanı sıra toz inert gaz örtüsü altında boşaltma ve yükleme sağlayan bağlantı derlemeler. Bu cihaz şekil 2A içinde kavanoz (şekil 2B) freze tipik 8 L çelik ile birlikte görülebilir. Daha büyük değirmen yanı sıra ARL sıvı azot (şekil 2C) altında çalıştırmak için dönüştürülmüş bir küçük fabrikası satın aldı. Bu değirmen 100-400 g döngüsü çalışan başına işlenmiş tozu arasında üretebilir.

<table><tbody><tr><td>Bakır tozu</td><td>Alfa Aesar</td><td>42623</td><td>Küresel, -100 + 325 ağ,% 99.9</td></tr> <tr><td>Tantal tozu</td><td>Alfa Aesar</td><td>10345</td>% <td>99.97, -325 ağ</td></tr><tr><td>Demir tozu</td><td>Alfa Aesar&nbsp;</td><td>00170</td><td>Küresel, < 10 mikron, 99.9+%</td></tr> <tr><td>Nikel tozu</td><td>Alfa Aesar</td><td>43214-325</td> <td>ağ,% 99.8</td></tr> <tr><td>Zirkonyum tozu</td><td>Amerikan Elementleri</td><td>ZR-M-03-P</td><td>%99,90</td></tr> <tr><td>SPEX değirmenleri (yüksek enerjili çalkalayıcı değirmenler)</td><td>SPEX SamplePrep</td><td>8000M&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Zoz değirmenleri (yüksek enerjili yatay döner bilyalı değirmen)</td><td>Zoz GmbH</td><td>CM01 (küçük değirmen) CM08 (büyük değirmen)</td><td></td></tr><tr><td>Odaklanmış İyon Işını</td><td>FEI&nbsp;</td><td>Nova600i Nanolab çift ışınlı FIB / SEM</td><td></td></tr><tr><td>Taramalı Elektron Mikroskobu</td><td>FEI&nbsp;</td><td>Nova600i Nanolab çift ışınlı FIB / SEM</td><td></td></tr><tr><td>Hassas İyon Parlatma Sistemi</td><td>Gatan&nbsp;</td><td>Model 695</td><td></td></tr><tr><td>Transmisyon Elektron Mikroskobu</td><td>JEOL&nbsp;</td><td>2100F&nbsp;</td><td>çok amaçlı saha emisyonu TEM</td></tr><tr><td>Atom Prob Tomografisi</td><td>CAMECA&</td><td>nbsp; LEAP 5000XR</td><td></td></tr><tr><td>Eşit Kanallı Açısal Ekstrüzyon</td><td>Kesme Formu</td><td>özel yapım</td><td></td></tr><tr><td>Sıcak İzostatik Pres</td><td>Matsys</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

abd ordusu araştırma laboratuvarı toplu nanocrystalline metallerin işlenmesi

Processing of Bulk Nanocrystalline Metals at the US Army Research Laboratory

Büyük taneli meslektaşlarına göre önemli özellik iyileştirmeleri için onların potansiyeli göz önüne alındığında, çok iş nanocrystalline metaller sürekli gelişimi için tahsis edilmiştir. Bu çabalara rağmen laboratuar tezgah bu malzemelerden gerçek uygulamalar için geçiş istenen nanocrystalline microstructures korumak büyük ölçekli parçalar üretmek için yetersizlik tarafından engellendi. Bu erime noktası verilen metal için yaklaşan sıcaklık mikro tahıl yapısına stabilize etmek için kanıtlanmış bir yöntem geliştirme, ABD Ordusu Araştırma Laboratuvarı (ARL) Bunlar, geliştirilmesinde sonraki aşamaya ilerlemiştir malzemeler - Yani üretim büyük ölçekli parçalar sınama ve değerlendirme bir dizi iyi bir test ortamları için uygundur. Bu rapor işleme, karakterizasyonu ve Konsolidasyon ARL, bu malzemelerin devam eden çabaları geniş bir bakış sağlar. Özellikle, odak devam eden araştırma çabalarının merkezinde bulunmaktadır küçük ve büyük ölçekli miktarda, nanocrystalline metal tozları üretmek için kullanılan metodoloji yerleştirilir.

Yaklaşık 10 g toz başına her yüksek enerji shaker fabrikasında üretilmektedir. Sonra başarılı sentez roman nanocrystalline metaller ve alaşımları yüksek enerji shaker fabrikasında ölçek-up bir yüksek enerji yatay döner top fabrikasında yapılır.
Genellikle, nanostructured tozlar yüksek enerji yaklaşık 10 g toplu iş süreçleri, neyin tahıl tozu az miktarda rafine uzunluğundadır, freze kullanarak oluşturulur. Bu küçük bir kanıtı-of-...

Bu kağıt toplu nanocrystalline metaller roman parçacýklarýn bulunduðu alanlar sayýlabilir üretimi için kullanılan yöntemleri üzerine vurgu ile işleme devam eden çabaları Ordu Araştırma Laboratuvarı kısa bir genel bakış sağlar.

ABD ordusu araştırma laboratuvarı toplu Nanocrystalline metallerin işlenmesi

Given their potential for significant property improvements relative to their large grained counterparts, much work has been devoted to the continued ...

Bu prosedürün genel amacı, toplu olarak stabilize edilmiş nanokristal metaller ve alaşımlar halinde işlenebilen mekanik olarak alaşımlı nanokristal tozlar üretmektir. Giderek artan malzeme performans taleplerini karşılamak için ABD Ordusu, çok çeşitli çalışma koşullarında kullanılmak üzere stabilize dökme nanokristal alaşımların geliştirilmesini üstlenmiştir. Bilyalı öğütme, büyük hacimlerde nanokristal tozlar üretmeye elverişli birkaç sentez tekniğinden biridir ve böylece bu evrensel yapısal uygulamaların endüstriyel ölçekte üretimini kolaylaştırır.Transmisyon elektron mikroskobu ve atom protomografisi gibi gelişmiş karakterizasyon teknikleri, görüşe özgü malzeme ekstraksiyonu ile birleştiğinde, frezelemeye odaklandık, yapı, özellik, işleme ilişkileri ve dökme alaşımların belirlenmesini sağlar. Eklemeli üretime ek olarak, ARL, eşit kanal açısal ekscrusion veya ECAE, alan destekli sinterleme teknolojisi veya FAST ve sıcak izostatik presleme veya HIP dahil olmak üzere çeşitli konsolidasyon tekniklerine sahiptir. Küçük ölçekli senteze başlamak için, argon dolgulu bir torpido gözüne, alaşım için 10 gram birincil element ve 100 gram paslanmaz çelik veya takım çeliği freze bilyesini pas

processing-bulk-nanocrystalline-metals-at-us-army-research

Research

JoVE Journal

Engineering

Mühendislik

Silika nanopartikülleri, bir siloksan öncüsünün asit katalizi ve mikrodalga destekli sentetik teknikler kullanılarak hazırlandı ve bu da çapı 30-250 nm arasında değişen nanomalzemelerin kontrollü büyümesiyle sonuçlandı. Büyüme dinamikleri, başlangıçtaki silisik asit konsantrasyonu, reaksiyon süresi ve reaksiyon sıcaklığı değiştirilerek kontrol edilebilir.

Silika Nanopartiküllerin Mikrodalga Destekli Asit Katalizi ile Hazırlanması

Burada biyolojik şartlar altında ve sıvı ortam içinde, yeni, yüksek en-boy oranı biocomposites sentezlemek için bir protokol mevcut. biocomposites sırasıyla çapı ve uzunluğu mikrometre nanometre kadar ölçeklendirilebilir. Sistin ile birlikte bakır nanopartiküller (KNP'ler) ve bakır sülfat sentezi için önemli bileşenleridir.

Biyolojik Sıvı Ortamda Ölçeklenebilir, Metalik Yüksek Aspect Ratio Nanokompositlerin Üretimi

Ayarlanabilir boyutlara ve kristal yapılara sahip sinterlenmemiş ve metal sonlu monometalik ve bimetalik erken geçişli metal karbür ve nitrür nanopartiküllerin sentezi için bir "çıkarılabilir seramik kaplama yöntemi" görsel formatta sunulmaktadır.

Monometalik ve Bimetalik Erken Geçiş Metal Carbide ve Nitrür Nanopartiküller Ters Mikroemülsiyon aracılı sentezi

Bu protokol, iletken olmayan yüzeyler üzerinde ince film elektronik üretmek için tabaka inorganik nano-kristalin tabakasının sentezi ve çözelti depozisyonunu tarif etmektedir. Solvent stabilize mürekkepler sonrası birikimi ligand değişimi ve sinterleme aşağıdaki spin ve sprey kaplama yoluyla cam yüzeylerde tam fotovoltaik cihazlarını üretebilir.

Tam Çözüm İşlenmiş İnorganik nanokristal Fotovoltaik Cihazlarının İmalatı

Bu çalışma, standart bir elektron geri yansıma difraksiyon sistemi ile donatılmış bir tarama elektron mikroskobu kullanılarak ultra-ince taneli ve nano malzemelerin mikro karakterize etmek için detaylı bir yöntem sağlar. Metal alaşımları ve rafine mikro yapılar sunan mineraller muhtemel uygulamaların çeşitliliğini gösteren bu tekniği kullanılarak analiz edilir.

İletim Kikuchi difraksiyonu kullanılarak ultra-ince taneli ve Nanokristal Malzemelerin Karakterizasyonu

Burada, ex situ ve in situ incelemeler metalik bardaklarda yapısal dönüşümleri tanımlamak için bir iletişim kuralı mevcut. Hyperfine etkileşimleri denetlemek nükleer tabanlı analitik yöntemleri çalıştırmaya başladık. Biz Mössbauer spektrometresi uygulanabilirliği ve sinkrotron radyasyon nükleer ileri saçılma sıcaklık uygulamalı deneyler sırasında göstermek.

Ex Situ ve yapısal dönüşümleri in Situ soruşturma yöntemleri: Metalik gözlük kristalleşme olgusu

Bu eser ana birleştirerek benn in situ küçük açı x-ray saçılma (SAXS) ve kinetik modelleme ligand tabanlı Paladyum nano tanecikleri boyutunu düzenlenmesinde ajanlar kapatma rolü aydınlatmak için hedeftir.

Çekirdekleşme ligand-aracılı ve Paladyum Metal nano tanecikleri gelişmesi

Otomatik Güncelleştirmeler, Pd ve Pt aerogels elde etmek için hızlı, doğrudan çözüm tabanlı azaltma sentez yöntemi gösterilir.

Otomatik Güncelleştirmeler, Pd ve Pt Aerogels üzerinden doğrudan çözüm tabanlı azaltma için hızlı sentez yöntemi

Çözünmez tuz iğnesi şablonlarının kimyasal olarak azaltılması yoluyla kare kesitli gözenekli platin bazlı makrotüpler ve makroışınları elde etmek için bir sentez yöntemi sunulmaktadır.

Gözenekli Platin Bazlı Makrobeamler ve Makrotüpler için Tuz Şablonlu Sentez Yöntemi

Burada sunulan protokol, yüksek basınçlı radyal elmas-örs-hücre deneylerini ve nanomalzemelerin mekanik mukavemetini geleneksel yaklaşıma önemli bir atılımla elde etmek için gerekli olan ilgili verileri analiz etmeyi açıklamaktadır.

Ultra İnce taneli metallerin mekanik dayanımının belirlenmesi

Öğrenin, ABD ordusu araştırma laboratuvarında toplu nanokristal metallerin işlenmesini. Bilyalı öğütme ile mekanik alaşımlı nanokristal tozlar üretin ve endüstriyel ölçekli üretim için konsolidasyon tekniklerini keşfedin.

ABD ordusu araştırma laboratuvarı toplu Nanocrystalline metallerin işlenmesi

Daha fazla video keşfet