Gaya Geser – Seberapa Baik Bahan Menjadi Lebih Baik


Gaya Geser — Seberapa Baik Bahan Menjadi Lebih Baik

Peneliti mendemonstrasikan peningkatan di tingkat atom

  • Ilmuwan material PNNL Arun Devaraj dan Bharat Gwalani (latar depan) menggunakan tribometer pin-on-disk untuk memberikan deformasi geser pada material.

    Kredit: Foto oleh Arun Devaraj | Laboratorium Nasional Pacific Northwest

    Ilmuwan material PNNL Arun Devaraj dan Bharat Gwalani (latar depan) menggunakan tribometer pin-on-disk untuk memberikan deformasi geser pada material.

  • Tomografi probe atom mengungkapkan distribusi unik silikon (merah) di dalam matriks aluminium yang sangat halus (biru). Distribusi pada skala nano ini dicapai dengan deformasi geser, yang mengarah pada kekuatan paduan yang lebih tinggi.

    Kredit: Foto milik Arun Devaraj | Laboratorium Nasional Pacific Northwest

    Tomografi probe atom mengungkapkan distribusi unik silikon (merah) di dalam matriks aluminium yang sangat halus (biru). Distribusi pada skala nano ini dicapai dengan deformasi geser, yang mengarah pada kekuatan paduan yang lebih tinggi.


Oleh Susan Bauer

Menemukan cara baru yang hemat biaya untuk membuat paduan logam dan komposit yang lebih baik adalah salah satu hal terpenting dalam dunia penelitian material. Ilmuwan di Laboratorium Nasional Pasifik Barat Laut (PNNL) Departemen Energi AS menemukan banyak keberhasilan menggunakan pendekatan pemrosesan fase padat untuk membuat bahan dengan sifat yang lebih baik. Untuk memahami apa yang terjadi dan mengapa, mereka mengintip sampai ke tingkat atom dari mikrostruktur material. Satu studi terbaru diterbitkan bulan ini di Materi Komunikasi.

Sepanjang sejarah, dari Zaman Perunggu, Zaman Besi, hingga zaman modern, seni kemungkinan dalam produksi logam sebagian besar telah dibatasi pada proses di mana logam pertama kali dilebur dan kemudian dilakukan sejumlah langkah intensif energi untuk menghasilkan paduan dan, pada akhirnya, produk yang bermanfaat. Pendekatan pemrosesan berbasis leleh telah sangat berhasil, tetapi mereka terbatas pada jenis paduan logam dan komposit yang dapat dibuat dan sifat yang dapat dicapai.

Dalam pemrosesan fasa padat, logam tidak dilebur melainkan dikenakan gaya geser mekanis. Ini mencampur logam untuk membuat paduan atau komposit, untuk memodifikasi properti material secara lokal, atau untuk menghasilkan lasan antara dua material. Pemotongan melibatkan penerapan tekanan saat menggeser logam atau bahan satu sama lain. Ini menciptakan gesekan — dan dengan demikian panas — untuk menggabungkan dan mengubah material.

Studi ini difokuskan pada paduan silikon aluminium ringan yang banyak digunakan dalam industri pertahanan, dirgantara, dan otomotif. Tim menggunakan gaya geser untuk merestrukturisasi paduan pada tingkat nano. Distribusi silikon diubah pada tingkat atom, membuat mikrostruktur jauh lebih kuat daripada bahan identik yang diproduksi secara konvensional, ”menurut ilmuwan material PNNL Arun Devaraj.

“Kami menganalisis bagaimana gaya geser memperkenalkan struktur nano hierarkis,” kata Devaraj. “Uji kompresi menunjukkan bahwa struktur nano yang dibuat dengan geser memiliki kekuatan hampir dua kali lipat dibandingkan dengan struktur mikro dari paduan yang sama yang dibentuk dengan pengecoran.” Devaraj dan timnya membuat mikropilar dari paduan cor sebelum dan sesudah geser dan mengukur jumlah gaya yang diperlukan untuk memampatkan setiap kelompok.

Dalam perpaduan paduan aluminium-silikon, aluminium adalah yang lembut dan sensitif. Silikon rapuh dan keras, dengan kecenderungan pecah. Sebelum percobaan, partikel silikon paduan tuang berukuran kecil — rata-rata sekitar 10 mikron — dan didistribusikan di dalam dan di antara butiran aluminium yang jauh lebih besar.

Dengan menggunakan atom probe tomography dan mikroskop elektron di EMSL — Laboratorium Ilmu Molekuler Lingkungan, sebuah Fasilitas Pengguna Kantor Sains DOE di PNNL — tim mengamati bagaimana gaya geser mengubah struktur mikro paduan. Partikel silikon pecah menjadi potongan-potongan kecil dan kecil sampai hampir larut ke dalam aluminium. Butiran aluminium menjadi jauh lebih kecil. Fase aluminium dan silikon menunjukkan peningkatan pencampuran sebagai akibat dari deformasi geser.

Memahami pengaruh deformasi geser ekstrem pada struktur mikro paduan logam sangat penting untuk mengoptimalkan metode pemrosesan bahan fase padat baru. Ini juga merupakan pengetahuan yang berguna untuk bidang tribologi, yang berhubungan dengan interaksi antara dua permukaan dalam gerakan relatif satu sama lain, seperti bantalan bola dan peralatan lain yang digunakan dalam transportasi.

Inisiatif Ilmu Pemrosesan Fase Padat PNNL, sebuah investasi laboratorium, mendanai penelitian ini sebagai bagian dari upayanya untuk memajukan pemahaman mendasar tentang jalur sintesis bahan fase padat dan untuk memungkinkan pembuatan bahan dan komponen generasi mendatang yang dapat membuat perbedaan di berbagai industri , termasuk ruang angkasa, transportasi, energi, dan daur ulang logam.

Penulis PNNL tambahan dari makalah ini adalah Bharat Gwalani, Matthew Olszta, Lei Li, Ayoub Soulami, Elizabeth Kautz, Aashish Rohatgi, Peter V. Sushko, Suveen Mathaudhu, Cynthia A. Powell. Penulis lain termasuk Soumya Varma dan Siddhartha Pathak dari University of Reno Nevada.

Diposting Oleh : http://54.248.59.145/

About the author