روشی که سبب افزایش استحکام فلز گردد آن هم در شرایطی که خصیصه چکش خواری آن چندان دستخوش تغییر نگردد، بی شک می‌تواند روش بسیار مفیدی باشد. این روش با الهام از ترکیب خواص مختلف فلزات با یکدیگر با هدف به ارث بردن ویژگی های ممتاز هر یک، پایه گذاری شده است. در این گزارش جزئیات بیشتر حول این روش مفید و تاثیرگذار شرح داده خواهد شد. تا انتهای گزارش با ما همراه باشید.
مهمترین عناوین این گزارش به شرح ذیل می‌باشد:
- خواص چکش خواری فلزات
- ايده اصلي این دستاورد ارزشمند
- چشم انداز توسعه این فناوری جدید در آینده
خاصیت چکش خواری فلزات
بیشتر فلزات کاملاً تغییر شکل پذیرند. فلزات، چکش‌خوارند و می‌توان آنها را با چکش‌خواری به شکلهای تازه ای در آورد و مفتول شدنی هستند و می‌توان آنها را کشید و به‌صورت سیم درآورد. خصلت بی‌جهت بودن پیوند فلزی، این نکته را که سطوح حاصل از اتمهای فلزی، تحت فشار، به سهولت بر یکدیگر می‌لغزند، توجیه می‌کند و به این ترتیب، می‌توان توضیح داد که چرا بلور یک فلز بی آنکه از هم پاشیده شود، تغییر شکل پذیر است. وقتی سطوح یک بلور یونی جابجا می‌شود، صف‌بندی جدید، یون های دارای بار یکسان را نزدیک هم قرار می‌دهد و منجر به فرو ریختن ساختار بلور می‌شود. بلورهای دارای شبکه کووالانسی، تنها بوسیله شکستن پیوندهای کووالانسی در بلور تغییر شکل می‌یابند و این، فرایندی است که همچنین به قطعه قطعه شدن بلور نیز منتهی می‌شود.
محاسن چکش خواری: این ویژگی در شاخه‌های علمی کاربردهای متنوعی دارد. همچنین در زندگی روزمره‌ی ما نیز دارای انواعی از کاربردها می‌باشد. اشیاء با دارا بودن ویژگی چکش خواری می‌توانند در انواعی از مدارهای الکترونیکی و زیورآلات مورد استفاده قرار گیرند. علاوه بر این، فلزات با شکل خمیده در اتومبیل‌ها کاربرد دارد.
معایب چکش خواری: دستیابی به فلزات یا عناصری که کاملاً انعطاف پذیر باشند، بسیار مشکل می‌باشد. به همین دلیل باید یک عنصر را به شیوه‌های گوناگون تغییر داد تا به یک فلز انعطاف پذیر تبدیل شود و یا این‌که با استفاده از روش‌های مصنوعی فلزی انعطاف پذیر را تولید کرد. تنها هنگامی‌که عنصر به اندازه‌ی کافی قوی باشد، می‌تواند به اشکال مورد نظر در آید. فلزات ساختاری بسیار نزدیک به هم دارند و در مرزهای آنها ترک‌هایی دیده می‌شود. این فلزات دارای تعداد زیادی مرزهای دانه‌ای هستند که در هنگام مواجه با تنش تمایل به شکستن دارند و بنابراین ویژگی چکش خواری را نشان نمی‌دهند. شاهد هستیم که اکثر فلزات این ویژگی را از خود نشان می‌دهند و به همین دلیل است که طلا، نقره یا پلاتین می‌توانند به ورقه های نازک برش داده شوند. اما در صورتی‌که تیتانیوم فلزی را در نظر بگیرید، هنگام ضربه زدن به قطعاتی شکسته می‌شوند.علاوه بر تیتانیوم، آنتیموان و بیسموت نیز هنگام مواجهه با تنش برشی شکسته می‌شوند. بنابراین، آنها می‌توانند به عنوان استثنائاتی از این قانون چکش خواری فلزات در نظر گرفته شوند.
ايده اصلي این دستاورد ارزشمند
ايده اصلي در اين دستاورد، اندازه دانه، يا اندازه كريستال ها در فلز است. فلزاتی كه دانه های كوچك دارند، مستحكم تر هستند، به اين معني كه چنين فلزی قبل از تغيير شكل بر اثر افزايش فشار، مي تواند مقاومت كند. اما فلزات با اندازه دانه كوچك قابليت چكش خواری كمتری نيز دارند به اين معني كه تاب تحمل كمتری در برابر فشار دارند. موادی كه قابل انعطاف نيستند، نمی توانند خم و يا كشيده شوند و صرفاً می شكنند. بر عكس فلزات با اندازه دانه بزرگ چكش خوارتر هستند اما استحكام كمتر دارند.
در اين فناوری جديد اندازه دانه دستكاري مي شود تا به اين فلز استحكام تيتانيوم دانه بسيار ريز و در عين حال چكش خواری تيتانيوم دانه درشت داده شود. محققان اين كار را با استفاده از نورد نامتقارن برای پردازش يك ورقه تيتانيوم به ضخامت دو ميلي متر آغاز كردند. در دستگاه نورد نامتقارن، صفحه از ميان دو غلتك عبور مي كند و به اين ترتيب به هر طرف اين صفحه فشار وارد مي شود اما يكی از غلتك ها سريعتر از ديگری می چرخد. اين كار نه تنها باعث مي شود كه صفحه بر اثر فشار نازكتر شود بلكه به دليل سرعت های متفاوت غلتك، يك فشار محض بر اين فلز ايجاد می شود. به بيان ديگر، ساختار كريستال در داخل تيتانيوم در جهتي كه غلتك سريعتر می چرخد، نسبت به جهتی كه غلتك كندتر مي‌چرخد، سريعتر رو به جلو حركت مي‌كند. اين امر با تغيير شكل و شكستن ساختار كريستال، دانه های كوچكی را در ماده ايجاد می‌كند.
محققان رويه نورد نامتقارن را تا رسيدن ضخامت فلز به 0.3 ميليمتر تكرار كردند سپس اين صفحه فلز را به مدت پنج دقيقه در معرض درجه حرارت 475 درجه سلسيوس قرار دادند. اين كار به برخي دانه های كوچك، اما نه همه آن ها، اجازه داد با تحليل بردن يكديگر، دانه های بزرگ بسازند. اين روند دوم منجر به ايجاد ورقه ای مركب از دانه هاي بزرگ و كوچك منجر مي شود. دانه هاي بزرگ در ستون های باريك و طويی قرار مي گيرند، به طوری كه هر ستون توسط لايه ای از دانه های كوچك كاملا احاطه مي شود.
فلز ايجاد شده به محكمی تيتانيوم دانه كوچك است زيرا تغيير شكل دانه هاي بزرگ به دليل احاطه لايه های كوچك دشوار مي‌شود. اين ماده همچنين قابليت چكش خواري دانه هاي بزرگ را حفظ مي‌كند زيرا زماني كه فشار كافی وارد می‌شود، سرعت تغيير شكل دانه هاي كوچك و بزرگ متفاوت است. به نقل از "ايكس.ال.و" نويسنده ارشد مقاله مرجع این متن كه در موسسه مكانيك آكادمی علوم چين مستقر می‌باشد، اين ماده علاوه بر ايجاد فلزی با تركيبی بي سابقه از استحكام و چكش خواری، دارای سختی كشش بيشتر از تيتانيوم دانه درشت است، خصوصيتی كه پيش از اين غير ممكن تصور می‌شد.
چشم انداز توسعه این فناوری جدید در آینده
به گزارش گروه علمي ايرنا از پايگاه اينترنتی فيز دات اورگ، محققان آكادمی علوم چين و دانشگاه ايالت كارولينای شمالي آمريكا كه موفق به كشف اين روش شده اند، معتقدند كه از اين فناوری می توان برای ساير فلزات نيز استفاده كرد و اين پيشرفت كاربردهای بالقوه ای برای ساخت خودروهايی با انرژی كارآمدتر دارد. به نقل از "يونتيان زو" استاد علوم مواد و مهندسی در دانشگاه كارولينای شمالی: اساساً يك ماده یا محكم و يا چكش خوار است اما تقريبا هيچگاه اين دو ويژگی را همزمان ندارد. اما ما موفق شده ايم كه هر دو اين ويژگی را در يك ماده ايجاد كنيم. وي هم چنین افزود: اين پيشرفت به ما اجازه می دهد مواد مستحكم تری را برای ساخت خودروهای سبكتر ايجاد كنيم كه در عين حال به اندازه كافي چكش خوار هستند و از شكست فاجعه بار ماده بر اثر فشار جلوگيری می‌كنند.
منبع: گروه تامین محتوای فولاد24