مواد فلزی خودترمیم شونده Self-healing Metallic Materials
کامپوزیت‌های
یوتکتیک ریزساختار دارای استحکام بالاتر، خواص حرارتی بهتر و مقاومت به
سایشی مطلوب‌تری نسبت به مواد با دانه‌بندی بزرگتر هستند که موجب شده مورد
توجه قرار داشته باشند. اما این مواد معمولاً در تغییر شکل، دارای
پلاسیسیته ضعیف و چقرمگی پایینی هستند که کاربرد گستردۀ این آلیازها را
محدود می‌کند و موجب می‌گردد که انجام فرایندهای نورد و تغییر شکل بر روی
آن‌ها غیرممکن باشد. به منظور تقویت قابلیت شکل‌پذیری این آلیاژها، مطالعات
بسیاری انجام شده‌اند تا پلاسیسیتۀ این آلیاژها از طریق اصلاح
میکروساختار، بهبود یابد. برای نمونه، ساخت کامپوزیت‌های یوتکتیک همراه با
دندریت‌های بزرگتر گزارش شده است که دندریت‌ها به عنوان فاز افزایش چقرمگی
عمل می‌کنند و می‌توانند در ابتدای تغییرشکل، تنش اعمالی را آزاد کنند و
باندهای برشی تشکیل دهند و مانع از انتشار باندهای برشی شوند. اما هنوز
کارهای بسیاری باید بر روی این ساختارها انجام شود تا به پلاسیسته مطلوبی
برسیم تا بتوان فرایندهایی مانند نورد را بر روی آن‌ها انجام داد.
اخیراً،
مواد خود-ترمیم شونده به عنوان دسته‌ای از مواد هوشمند مطرح شده‌اند که به
صورت خودکار، آسیب سطحی یا درونی آن‌ها ترمیم می‌شود.مفهوم خود-ترمیم
شونده به دو دستۀ خودکار و غیر-خودکار تقسیم می‌شود. موادی که به صورت
خودکار قابلیت ترمیم شوندگی دارند عمدتاً از ساختارهای پلیمری ساخته
می‌شوند که این فرایند به محرک خارجی نیاز ندارد. در دسته بعدی، یک محرک
خارجی مانند نور یا حرارت مورد نیاز است تا فرایند خود-ترمیم شوندگی آغاز
شود. فرایند خود-ترمیم شوندگی بر روی مواد فلزی مانند آلیاژ Fe-Al، فاز
MAX، کامپوزیت پایه قلع، و سیم‌های آلیاژ حافظه دار NiTi، مشاهده شده است.
در این راستا و به منظور ساخت آلیاژی با قابلیت خود-ترمیم شوندگی و نیز
پلاسیسیتۀ مناسب، در مقاله بسیار مهمی که در مجله Scientific Reports منتشر
شده است، محققین اقدام به ساخت آلیاژ خود-ترمیم شوندۀ پایه Al-Cu-Si-Sn-Bi
نموده‌اند.
در
این پژوهش، آلیاژهای ((Al81Cu13Si6)100−x(Sn57Bi43)x) برای ساخت
کامپوزیت‌های یوتکتیک و مطالعه ریزساختار و خواص خود-ترمیم شوندگی، مورد
بررسی قرار گرفته‌اند. خواص خود-ترمیم شوندگی در این کامپوزیت‌ها، از طریق
قابلیت پر کردن ترک مورد بررسی قرار گرفته است. عناصر قلع و بیسموت با توجه
به توانایی‌شان در جدایش فاز مایع در هنگامی که با Al، Cu، و Si ترکیب
می‌شوند، به کار رفته‌اند. به دلیل جدایش فاز مایع، فازهای غنی از Al-Cu-Si
و غنی از Sn-Bi به صورت جداگانه در دماهای متفاوت منجمد شدند که موجب
تشکیل ساختار یوتکتیک با سه فاز شده است. با توجه به فصل مشترک بزرگ
میکروساختار یوتکتیک، عناصر قلع و بیسموت تحرک‌پذیری بالایی دارند و در طول
انجام عملیات حرارتی، به سمت ناحیه کرنش یافته نفوذ می‌کنند. در نتیجه،
عناصر تحرک پذیر قلع و بیسموت در ساختار یوتکتیک دوتایی پایه Al-Cu-Si،
هنگام نورد گرم در 423 کلوین، ترک‌ها را پر می‌کنند و به این ترتیب ساختار
به حالت اولیه خود بازمی‌گردد و فرایند خود-ترمیم شوندگی از طریق از بین
بردن ترک‌ها و حفرات، صورت می‌پذیرد. این نتایج نشان می‌دهد که سیستم
آلیاژی توسعه یافته، دارای مشخصات خود-ترمیم شوندگی همزمان است. همچنین
برپایه این نتایج، یک روش نوین برای ساخت مواد فلزی با قابلیت خود-ترمیم
شوندگی از طریق پر شدن ترک‌ها، ارائه می‌شود که می‌تواند در پژوهش‌های آتی
مورد استفاده قرار گیرد.
🆔 @metallurgydata : کانال دانش
