تتميز المركبات بين المعدنية بالعديد من الخصائص المفيدة (مثل الصلابة العالية، ومقاومة التآكل، وغيرها)، إلا أن تطبيقها الصناعي الواسع النطاق يعوقه عيب رئيسي واحد: الهشاشة العالية. وقد اقترح فريق من العلماء من جامعة جنوب الأورال الحكومية حلاً مبتكراً لهذه المشكلة.
تكمن حداثة البحث الذي أجراه علماء من جامعة جنوب الأورال الحكومية في السبائك الدقيقة الموجهة لمركب بين معدني متعدد المكونات مع البورون لتقليل هشاشته وزيادة ليونته. وعلى وجه التحديد، استخدم باحثون من أكبر جامعة في جبال الأورال الجنوبية البورون لأول مرة لتحسين خصائص سبيكة بين معدنية معقدة: ووفقًا للبيانات التجريبية، أصبح المعدن أقل هشاشة وأكثر مرونة وقابلية للسحب.
قامت الدراسة بتركيب وتحليل مادتين: واحدة بدون بورون (للمقارنة) وأخرى مع إضافة البورون.
.jpg)
الشكل 1. أنماط حيود الأشعة السينية (أ) وصورة مُكبَّرة لذروة الحيود الرئيسية (ب) لعينات CCIMA بعد المعالجة الحرارية (العينة المتكافئة القياس في الحالة الصلبة). صور المجهر الإلكتروني الماسح العكسي وخرائط EDS المقابلة لعينات CCIMA: Ni39.6Co25.4Fe10Al13.8Ti6.2Ta3Nb2 متكافئ القياس مصبوب (ج)، Ni39.6Co29.3Fe10Al13.8Ti4.3Ta2Nb1 مصبوب (د) ومُعاد تبلوره (هـ) غير متكافئ القياس، بالإضافة إلى Ni39.6Co29.3Fe10Al13.8Ti4.3Ta2Nb1 مصبوب (هـ) ومُعاد تبلوره (ز) مُضاف إليه البورون (Ni39.6Co29.3Fe10Al13.8Ti4.3Ta2Nb1) 98.5B1.5.
المادة المُطوّرة هي سبيكة بين معدنية معقدة كيميائيًا، غير متكافئة القياس، مُشبّعة بالبورون، ذات بنية مجهرية ثنائية الطور.
أظهرت التجارب أن إضافة البورون تُحسّن بشكل ملحوظ الخواص الميكانيكية للسبيكة. وقد تم تحقيق مزيجٍ رائع من القوة العالية والمرونة.
.jpg)
استُخدمت عمليات الصهر والتركيب/الطحن الميكانيكي عالي الطاقة لإنتاج المادة المُطوّرة. أُنتجت عينات الطلاء باستخدام رش التفجير للمسحوق الناتج.
يمكن استخدام السبيكة الناتجة لإنشاء طلاءات عالية القوة ومقاومة كيميائيًا، مقاومة للتآكل (الأكسدة) في درجات الحرارة العالية، بالإضافة إلى تأثيرات الإلكتروليتات مثل الأحماض والماء المالح، إلخ.
هذا يفتح المجال لتطبيقات محتملة للمادة الناتجة في صناعة الطيران، وصناعة السيارات، وقطاع الطاقة (محطات الطاقة الحرارية والنووية).
يدعم برنامج «الأولوية - 2030» هذه المرحلة البحثية الجديدة، التي تدعم التطوير التطبيقي لهذا الموضوع وتتخذ
خطوات فعّالة نحو التسويق التجاري. ولكن، قبل ذلك، يتعين على فريق العلماء مواجهة عدد من التحديات المتعلقة بـ:
- توسيع نطاق التكنولوجيا؛
- تقييم فعاليتها من حيث التكلفة؛
- إجراء اختبارات تطبيقية إضافية على منتجات حقيقية لإثبات موثوقيتها للشركاء الصناعيين المحتملين.
-
الشكل 2. صور المجهر الإلكتروني النافذ (أ-ج)، والمجهر النافذ الإلكتروني (د-ز) وصور SADP المقابلة (ح-ك) لـ CCIMA المصبوبة المتكافئة (أ، د، ز، ح)، والمعاد بلورتها غير المتكافئة (ب، د، ط، ي) والمضاف إليها البورون (ج، و، ك، ل).
خضعت نتائج الدراسة لمراجعة دقيقة من قِبل أقران، ونُشرت في مجلة السبائك والمركبات Journal of Alloys and Compounds (أول 10% في سكوبس)، وهي المجلة الرائدة في علوم المواد، مما يؤكد قيمتها العلمية العالية.
تنتمي المادة المعدنية المُشبّعة بالبورون، التي حصل عليها باحثو جامعة جنوب الأورال الحكومية، إلى مجموعة من المواد عالية الإنتروبيا التي تخضع حاليًا للدراسة. ويرسي البحث في هذا المجال الأساس لحلول هندسية جديدة وعالية الفعالية.
.jpg)
الشكل 3. (أ) منحنيات الإجهاد والانفعال الهندسية لمركبات CCIMA متكافئة القياس وغير متكافئة القياس، (ب) رسم بياني لمقاومة الخضوع مقابل الاستطالة يُقارن عيناتنا بمركبات CCIMA تقليدية غير متكافئة القياس ومركبات أخرى ذات بنية L12 [3، 5، 8، 9، 13، 14، 15].