ʻO ka Metallurgy i ka Hoʻomohala ʻana i nā Mea Nanostructured
Ua hōʻike mai ka hoʻomohala ʻana o ka ʻepekema mea i nā makahiki i hala iho nei i kahi kuhikuhi maopopo loa: pono nā kānaka i nā mea ikaika, māmā, kūpaʻa i ka pala, a me ka ʻoi aku ka maikaʻi no nā ʻano hana like ʻole—mai ka halihali a me ka ikehu a hiki i nā mea uila a me ke olakino. I waena o kēia mau koi, ua puka mai nā mea nanostructured ma ke ʻano he hoʻokahi o nā holomua hoʻohiki nui loa. Loaʻa i kēia mau mea nā hiʻohiʻona a i ʻole nā nui ma ka pālākiō nanometer (ma kahi o 1-100 nm), kahi e hopena ai i nā ʻano mechanical, electrical, thermal, a me nā kemika like ʻole—pinepine ʻoi aku ka maikaʻi—i hoʻohālikelike ʻia me nā mea maʻamau. ʻO kēia kahi e hoʻokani ai ka metallurgy i kahi kuleana nui: ʻaʻole wale ma ke ʻano he ʻepekema o nā metala, akā ma ke ʻano he aʻo e hoʻomalu ana i ke ʻano o ke kūkulu ʻana, hoʻololi ʻia, a me ka hoʻomalu ʻana o ka ʻano o loko o nā mea e hoʻokō ai i ka hana kikoʻī.
Ke hoʻomaopopo nei i nā mea nanostructured a me ko lākou unahi kū hoʻokahi
Hiki i nā mea Nanostructured ke lilo i mau metala, alloys, ceramics, a i ʻole nā composites i loaʻa nā hua kristal maikaʻi loa a i ʻole nā nanoprecipitates, nanolayers, a me nā pores nanoscale. Ma kēia nui, puka mai nā hanana "hou" like ʻole. No ka laʻana, i ka wā e hoʻemi ʻia ai ka nui o ka hua metala i ka pae nanometer, piʻi ka ikaika ma muli o ka hoʻonui ʻia ʻana o ka nui o nā palena hua e kāohi ana i ka neʻe ʻana o nā dislocations - ke ʻano nui o ka deformation plastic i nā metala. Hoʻākāka pinepine ʻia kēia hanana e ka pilina Hall-Petch, kahi e piʻi ai ka ikaika me ka emi ʻana o ka nui o ka hua (ʻoiai ma nā nui liʻiliʻi loa aia kekahi mau ʻokoʻa).
Ma waho aʻe o ka ikaika, hiki i nā nanostructures ke hoʻonui i ke kūpaʻa ʻana o ka ʻaʻahu, hoʻomaikaʻi i ka pane luhi, hoʻololi i ka conductivity uila/thermal, a hoʻohuli i ka reactivity o ka ʻili. No laila, ʻo ke kī i nā mea nanostructured ʻaʻole wale ka "liʻiliʻi," akā ʻo ka kaohi: pono e hoʻopilikino ʻia ka nui, ka hoʻolaha ʻana, ke ʻano, a me ke kūpaʻa o nā ʻano nanoscale i ke kumu.
ʻO ka Metallurgy ma ke ʻano he "mea hoʻolālā" o nā hale: mai nā kaʻina hana a hiki i nā waiwai
Hiki ke nānā ʻia ka metallurgy o kēia wā ma ke ʻano he alahaka ma waena o ke kaʻina hana-ʻano-nā waiwai-hana. Ma ke ʻano o nā nanostructures, kuleana ka metallurgy no ka hoʻoholo ʻana i nā kaʻina hana a me nā mālama ʻana i hiki ke hoʻokumu mau i nā hiʻohiʻona nanoscale. Hoʻopuni kēia i ka metallurgy kino (e kūkākūkā ana i ke ʻano kristal, nā pae, nā hoʻololi), ka metallurgy mechanical (deformation, hardening, failure), a me ke kaʻina hana metallurgy (smelting, casting, sintering, coating, a me nā ʻenehana hana holomua).
I ka hoʻomohala ʻana i nā mea nanostructured, ua paʻakikī hou ʻia nā pilikia metallurgical e ka ʻike kiʻekiʻe o nā mea liʻiliʻi i ka mahana, ka wikiwiki o ka hoʻomaʻalili ʻana, ka hoʻolaha ʻana o ka atomika, a me ka ikehu o ka ʻili. ʻO nā nanostructures ke ʻano paʻa ʻole i ka thermodynamically; ulu koke nā nanograins i ka wā e hōʻike ʻia ai i ka wela, e pono ai nā hoʻolālā e "laka" i nā nanostructures e pale i ka ulu wikiwiki ʻana o ka palaoa.
Nā ʻenehana metallurgical no ka hoʻokumu ʻana i nā nanostructures
1. Ka Hoʻololi Palakiko Koʻikoʻi (SPD)
ʻO kahi ala koʻikoʻi i ka metallurgy ka hoʻomaʻemaʻe ʻana i ka nui o ka palaoa ma o ka deformation koʻikoʻi me ka ʻole o ka hoʻololi nui ʻana i nā ana hope loa. ʻO nā ʻano hana SPD kaulana e komo pū me ka Equal Channel Angular Pressing (ECAP) a me High-Pressure Torsion (HPT). Hoʻoikaika kēia mau kaʻina hana i ka metala e hana i nā ʻano nui, e hana ana i nā sub-grains maikaʻi aʻe, a hiki i ka nui ultrafine a i ʻole nanoscale.
ʻO ka pōmaikaʻi o SPD, hiki iā ia ke hoʻonui nui i ka ikaika me ka ʻole o ka pono no nā mea hoʻohuihui paʻakikī. Eia nō naʻe, ʻo nā pilikia e pili ana i ka kaohi ʻana i ka homogeneity structural, nā palena o ka nui o ka huahana, a me ke kūpaʻa nanostructure ke hoʻohana ʻia ka mea i nā mahana kiʻekiʻe.
2. Nā mea hoʻohuihui nanostructured ma o ka ua a me ka hoʻopaʻakikī ʻana o ka hoʻopuehu ʻana
Hoʻohana ka metallurgy alloy i nā precipitates—nā ʻāpana lua-pae i hana ʻia i ka wā o nā mālama wela kikoʻī—e hoʻonui i ka ikaika. Ma ka nanoscale, hiki i nā precipitates maikaʻi loa a like ka puʻunaue ke kāohi pono i ka neʻe ʻana o ka dislocation. ʻO nā laʻana e komo pū me nā alloys alumini series 2xxx/7xxx a i ʻole nā superalloys i hoʻokumu ʻia i ka nickel, kahi e hiki ai i ka mahana a me ka manawa ʻelemakule ke hana i nā nanoprecipitates ikaika loa.
ʻO kekahi ʻano hana ʻē aʻe, ʻo ia ka oxide dispersion strengthened (ODS), kahi e hoʻohana ai i nā ʻāpana nanometer oxide paʻa loa e hoʻomaikaʻi i ka ikaika a me ke kūpaʻa ʻana i nā mahana kiʻekiʻe. Ua noʻonoʻo nui ʻia nā mea ODS no ka ikehu a me nā noi kaiapuni koʻikoʻi no ka mea e lohi ana nā nanodispersoids i ka neʻe ʻana o ka palena o ka palaoa a kāohi i ka deformation i nā mahana kiʻekiʻe.
3. ʻO ka metallurgy pauka a me ka hoʻohuihui mechanical
He mea koʻikoʻi ka hana hao pauka no ka mea hiki iā ia ke hana i nā ʻano maikaʻi mai ka wā ʻole. ʻO kekahi ʻano hana koʻikoʻi, ʻo ia ka mechanical alloying, kahi hana wili ikehu kiʻekiʻe e hoʻohuihui ikaika i nā pauka metala, e hoʻoulu ai i ka deformation hou, ka hoʻoheheʻe anu, a me ka haki ʻana o nā ʻāpana e hana i nā pauka me nā ʻano ultrafine a i ʻole hapa amorphous. A laila sintered a compacted paha kēia mau pauka (e.g., ma o ke kaomi wela, HIP, a i ʻole SPS) i loko o nā ʻāpana paʻa.
ʻO kona mau pono e komo pū ana me ka maʻalahi o ka hoʻohuihui ʻana (me nā alloys i paʻakikī ke hana ʻia ma ka hoʻoheheʻe ʻana) a me ka hiki ke hana i nā nanostructures like. ʻO nā pilikia e komo pū ana me ka pauka oxidation, ka haumia mai ka media wili, a me ka kaohi porosity i ka wā sintering.
4. Ka uhi ʻana o ka nanostructure a me ka ʻenekinia ʻili
Pono nā noi he nui i ka hana kiʻekiʻe o ka ʻili—e like me ka pala a me ke kūpaʻa ʻana i ka ʻaʻahu—me ka ʻole o ka hoʻololi loa ʻana i ka mea. Hāʻawi ka metallurgy ʻili i nā ʻano hana uhi e like me PVD/CVD, electrodeposition, thermal spray, a me ka nitriding a me ka carburizing i hoʻololi ʻia. Hiki i nā uhi Nanocrystalline ke hoʻonui i ka paʻakikī, hoʻemi i ka coefficient of friction, a hoʻoikaika i ke kūpaʻa oxidation.
Eia kekahi, ʻae ka ʻenekinia ʻili i kahi gradient hoʻonohonoho: he paʻakikī loa ka papa waho (nanostructure), ʻoiai ke kumu e mau ana ka ductile. He mea nui kēia ʻano hana no nā ʻāpana mīkini e like me nā ʻauamo, nā kia, a me nā mea ʻoki.
ʻAno: e hōʻoia ana ua hoʻokumu maoli ʻia nā nanostructures
ʻAʻole hiki ke hoʻokaʻawale ʻia ka hoʻomohala ʻana o nā mea nanostructured mai nā ʻano hana hoʻohālikelike paʻakikī. Hoʻohana ka Metallurgy i:
– SEM/TEM e nānā i ka nui o ka palaoa, nā nanoprecipitates, a me nā kīnā kristal.
– XRD e ʻike i nā pae, nā koʻikoʻi koena, a me ka nui o ka crystallite.
– EBSD e palapala i ke kuhikuhi kristal a me ka hoʻolaha palena palaoa.
– APT (Atom Probe Tomography) e nānā i ka hoʻolaha ʻana o nā ʻātoma a me nā precipitates ma ka unahi atomika.
Me ka ʻole o ke ʻano wehewehe, lilo ke kaʻina hana i "hoʻāʻo a me ka hewa." Me ke ʻano wehewehe, hiki ke hoʻopaʻa ʻia a hoʻomaikaʻi ʻia i ka ʻepekema nā pilina o ke kaʻina hana-ʻano-waiwai.
Nā pilikia nui: ke kūpaʻa wela a me ka pae ʻoihana
ʻOiai ke hāʻawi nei nā nanostructures i nā hoʻomaikaʻi waiwai koʻikoʻi, ʻelua mau pilikia nui e kū mai ana. ʻO ka mua, ʻo ia ke kūpaʻa o ka nanostructure. Loaʻa i nā nui liʻiliʻi loa nā ikehu palena palaoa kiʻekiʻe; ke hoʻomehana ʻia ka mea, ulu pinepine nā palaoa, e hōʻemi ana i ka ikaika. No ka hoʻoponopono ʻana i kēia, ua hoʻomohala ka metallurgy i nā hoʻolālā e like me ka hoʻohui ʻana i nā mea hoʻohuihui e kāohi ana i ka neʻe ʻana o ka palena palaoa, ka hoʻokumu ʻana o nā precipitates e "pin" i nā palena palaoa (Zener pinning), a me ka hoʻolālā pololei o nā pōʻaiapuni mālama wela.
ʻO ka lua o ka pilikia, ʻo ia ka scalability. He nui nā ʻano hana nanostructuring e ʻoi aku ka maikaʻi ma ka hale hana akā paʻakikī ke hoʻokō no ka hana nui ʻana ma muli o ke kumukūʻai, ka wikiwiki o ka hana ʻana, a i ʻole nā palena o ka nui. Ke kālele nei ka noiʻi o kēia manawa i ka hoʻohālikelike ʻana i ke kaʻina hana me ka hana hou—me ka hoʻohui ʻana me ka hana hoʻohui (paʻi metala 3D) hiki ke hana i nā microstructures maikaʻi loa ma o nā wikiwiki hoʻoluʻu kiʻekiʻe, a laila hoʻopaʻa ʻia e ka mālama wela hou aʻe.
Nā noi: mai ka halihali a i ka ikehu a me ka biomedicine
Loaʻa i nā mea Nanostructured ka hiki ke hoʻololi i nā ʻāpana like ʻole. I loko o nā ʻoihana kaʻa a me nā aerospace, hiki i nā mea hoʻohui nanostructured ke hōʻemi i ke kaumaha o ke kaʻa me ka ʻole o ka hoʻopilikia ʻana i ka ikaika a me ka palekana. I loko o ka ʻāpana ikehu, pili nā mea ODS a me nā nanostructures ʻē aʻe no nā noi wela kiʻekiʻe, nā turbines, a me nā ʻāpana reactor. I loko o nā mea uila, hiki i nā nanolayers a me nā ʻano fine-grained ke hoʻololi i ka conductivity a me ka hilinaʻi pili. ʻOiai i loko o ka biomedicine, hiki i nā ʻili nanostructured ma nā implants ke hoʻomaikaʻi i ka hoʻohui ʻana o nā ʻiʻo ma o ka kaohi ʻana i ka roughness a me ka ikehu o ka ʻili.
Pani
ʻO ka metallurgy i ka hoʻomohala ʻana i nā mea nanostructured kahi laʻana koʻikoʻi o ke ʻano o ka hoʻololi ʻana o ka ʻepekema kuʻuna i ka ʻenehana e hiki mai ana. Ma ka kaohi ʻana i ka alloying, deformation, heat treatment, powder metallurgy, a me nā kaʻina hana ʻenekinia ʻili, hiki i nā metallurgists ke "hoʻolālā" i nā ʻano kūloko a hiki i ka nanoscale, e hana ana i nā mea me ka hana i hiki ʻole ke loaʻa ma mua. Ke mau nei nā pilikia o ke kūpaʻa a me ka hana nui, akā ua maopopo ke kuhikuhi o ka hoʻomohala ʻana: e lilo nā mea nanostructured i kahua koʻikoʻi no nā ʻenehana ʻoi aku ka maikaʻi, paʻa, a hoʻomau.
Inā makemake ʻoe, hiki iaʻu ke hoʻololi i kēia ʻatikala i kahi kaila hoʻonaʻauao (me nā ʻōlelo kuhikuhi), a i ʻole e hoʻohui i nā ʻāpana kūikawā e like me nanograins vs. nanoprecipitates, ka pilina Hall-Petch, a i ʻole nā hihia noiʻi o nā alloys kikoʻī (Al, Ti, Ni, kila).
