Разработана новая технология измерения деформации материала на атомном уровне

Используя нейтроны для наблюдения за процессом аддитивного производства на атомном уровне, ученые показали, что они могут измерять деформацию материала в процессе его эволюции и отслеживать, как атомы перемещаются в ответ на напряжение.

Автомобильная, аэрокосмическая, экологически чистая энергетика, инструментальная и штамповочная промышленность — любая отрасль, где нужны сложные и высокопроизводительные детали, — может использовать аддитивное производство», — сказал Алекс Плотковски, материаловед из Отдела материаловедения и технологий ORNL и ведущий научный сотрудник эксперимента. Плотковски и его коллеги сообщили о своих результатах в журнале Nature Communications.

Ученые ORNL разработали OpeN-AM — платформу для 3D-печати, которая позволяет измерять развивающиеся остаточные напряжения в процессе производства с помощью пучковой линии VULCAN на источнике нейтронов Spallation Neutron Source (SNS) в ORNL, являющемся пользовательским центром Управления по науке Министерства энергетики. В сочетании с инфракрасной съемкой и компьютерным моделированием эта система позволяет получить беспрецедентное представление о поведении материала в процессе изготовления.

В данном случае использовалась сталь с низкотемпературным превращением, или LTT, при этом с помощью платформы OpeN-Am физически измерялось, как атомы перемещаются в ответ на напряжение, будь то температура или нагрузка.

Остаточные напряжения — это напряжения, которые сохраняются даже после снятия нагрузки или устранения причины напряжения; они могут деформировать материал или, что еще хуже, привести к его преждевременному разрушению. Такие напряжения представляют собой серьезную проблему для изготовления точных деталей с желаемыми свойствами и характеристиками.

Ученые задумали и в течение двух лет проводили эксперимент, позволяющий измерять деформацию материала в процессе его эволюции, что определяет характер распределения напряжений.

Производители смогут регулировать остаточные напряжения в своих компонентах, повышая их прочность, делая их легче и придавая им более сложные формы. Эта технология может быть применена ко всему, что вы хотите производить, — сказал Плотковски.

«Мы успешно продемонстрировали, что такой способ существует», — сказал он. „Мы демонстрируем, что понимаем связь в одном случае, чтобы предвидеть другие случаи“.

За эту технологию ученые недавно получили награду R&D 100 Award 2023. Журнал R&D World объявил победителей в августе. Плотковски и другие победители будут отмечены на церемонии награждения 16 ноября в Сан-Диего.

Ученые использовали специальную платформу для аддитивного производства с проволочной дугой, чтобы провести так называемую нейтронную дифракцию в режиме операндо для LTT-металла в SNS. С помощью линии VULCAN SNS они обрабатывали сталь и регистрировали данные на различных этапах производства и после охлаждения до комнатной температуры. Для подтверждения результатов дифракционные данные совмещались с ИК-изображениями. Система была спроектирована и построена на производственно-демонстрационном комплексе (Manufacturing Demonstration Facility, или MDF), являющемся консорциумом пользователей Управления перспективных материалов и производственных технологий МЭ, где также была построена копирующая система платформы для планирования и тестирования экспериментов перед их проведением на пучковой линии.

В SNS работает линейный ускоритель частиц, генерирующий пучки нейтронов для изучения и анализа материалов на атомном уровне. Разработанный ими исследовательский инструмент позволяет ученым заглянуть внутрь материала в процессе его производства, буквально наблюдая за работой механизмов в режиме реального времени.

Сталь LTT была расплавлена и послойно нанесена на поверхность. По мере застывания и охлаждения металла его структура изменялась в результате так называемого фазового превращения. При этом атомы перестраиваются, занимают другое пространство, и материал ведет себя по-другому.

Обычно превращения, происходящие при высоких температурах, трудно понять, рассматривая материал только после обработки. Наблюдая за сталью LTT в процессе обработки, ученые показали, что они могут понимать фазовые превращения и управлять ими.

«Мы хотим понять, что представляют собой эти напряжения, объяснить, как они возникли, и выяснить, как ими управлять», — сказал Плотковски.

Эти результаты открывают новый путь к созданию желательных остаточных напряжений и распределений свойств в компонентах аддитивного производства путем использования средств управления процессом для улучшения неравномерных пространственных и временных изменений тепловых градиентов вблизи ключевых температур фазового превращения, — пишут авторы.

Плотковски надеется, что ученые со всего мира приедут в ORNL, чтобы провести аналогичные эксперименты с металлами, которые они хотели бы использовать в производстве.

16.10.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло
Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло

Если проникнуть глубоко-глубоко под повер...

Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак
Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак

Загрязнения, извергаемые бурно развивающейся м...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники
Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
PNAS Nexus: Хоть горшком назовите, только учитывайте культурные различия
PNAS Nexus: Хоть горшком назовите, только учитывайте культурные различия
Nature Comm: Ошибка Пифагора вынуждает пересмотреть принципы создания музыки
Nature Comm: Ошибка Пифагора вынуждает пересмотреть принципы создания музыки
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса