Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Tre tạo cảm hứng cho qui trình mới làm cho kim loại cứng hơn (11/07/2014)

Thép là tiêu chuẩn chung để đánh giá độ bền của vật liệu. Nhưng, giờ đây, các nhà nghiên cứu tại trường Đại học North Carolina, Hoa Kỳ đã tạo ra loại thép mới bền hơn thép thông thường bằng qui trình thay đổi vi cấu trúc bên trong để tăng độ cứng của kim loại.

Lấy cảm hứng từ cấu trúc bên trong của xương và tre đều đạt được tỷ lệ ấn tương về độ bền so với trọng lượng, các nhà nghiên cứu có thể tăng độ bền và độ cứng của các kim loại bằng cách tạo cho chúng "cấu trúc gradient." Đây là cấu trúc trong đó kích thước của hàng triệu hạt được nén chặt, tăng dần lên tạo thành vật liệu.

Xiaolei Wu, GS. về khoa học vật liệu tại Viện Cơ học, Viện hàn lâm khoa học Trung Quốc cho biết các hạt nhỏ trên bề mặt làm cho kim loại cứng hơn, nhưng lại khó uốn hơn, nghĩa là kim loại không thể kéo giãn quá dài mà không bị đứt gãy. Nhưng nếu tăng dần kích thước của các hạt, có thể làm cho kim loại dễ uốn hơn. Sự thay đổi tương tự về kích thước và sự phân bố của các cấu trúc có thể quan sát thấy trong mặt cắt ngang của xương hoặc thân cây tre. Tóm lại, giao diện của các hạt lớn và nhỏ làm cho kim loại chắc chắn và dễ uốn hơn, đây là sự kết hợp của các đặc điểm mà vật liệu thông thường không có được.

Trong thử nghiệm phương pháp cấu trúc gradient cho nhiều kim loại, các nhà nghiên cứu đã cải thiện được các tính chất của đồng, sắt, niken và thép không gỉ.

Các nhà khoa học cũng đã kiểm tra kỹ thuật này với thép không có khe, kim loại này khi trải qua ứng suất 450 megapascals (MPa) có độ dẻo rất thấp, nghĩa là chỉ có thể kéo thêm gần 5% chiều dài của nó trước khi bị gãy. Bằng cách tạo cấu trúc gradient cho thép không khe, nhóm nghiên cứu đã làm cho loại thép này đủ mạnh để chịu được ứng suất 500 MPa trong khi vẫn dẻo để có thể kéo thêm 20% chiều dài của nó trước khi bị gãy.

Các nhà nghiên cứu cho rằng đây là phạm vi mới đầy thú vị để nghiên cứu vật liệu vì nó có một loạt ứng dụng và có thể kết hợp vào các qui trình công nghiệp một cách dễ dàng với chi phí thấp. Ngoài ra, nhóm cũng đang nghiên cứu hiệu quả của phương pháp cấu trúc gradient trong việc làm tăng khả năng chống ăn mòn của vật liệu.

Nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Material Research Letters và Kỷ yếu của Viện hàn lâm khoa học Hoa Kỳ.

Nguồn: www.vista.vn (Theo Gizmag)