新模型应加快温度稳定纳米合金的开发

来自北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种新的理论模型，将速度加速新的纳米材料合金的开发，其在升高的温度下保持其有利的性质。

纳米级材料由小于100纳米的微小晶体或晶粒组成。这些材料对研究人员，设计师和制造商感兴趣，因为两种材料可以具有相同的化学组成，而是根据其晶粒尺寸具有相同的机械性能。例如，具有纳米级颗粒的材料可能比具有较大颗粒的化学相同的材料更难以更硬，更强大。

但是，在暴露于升高的温度时，纳米级材料的趋势已经通过纳米级颗粒的趋势来处理纳米级材料 - 从而失去了所需的机械性能。

这是一个问题，因为从粉末纳米材料中形成散装材料涉及暴露于高温，甚至使用其他技术制造的纳米材料可能暴露于升高的温度。在一些纳米材料中的颗粒甚至可以生长 - 并且失去所需的性能 - 在延长一段时间内暴露于室温。

NC国家研究人员团队决定通过探索研究群落一段时间讨论的概念来解决问题：通过引入少量另外的元素来稳定纳米材料。这个想法是该额外的元件作为稳定剂，迁移到晶粒边界 - 或谷物之间的界面 - 并防止谷物在升高的温度下生长。实施该概念一直令人生畏，因为这些元素有数千种可能的组合。

要将该想法转化为实际解决方案，研究人员开发了一种理论模型，以确定可用作稳定剂的合适候选者。

理论模型侧重于由两个元素组成的合金，例如铁和铬，然后允许用户了解如果第三个元素添加到混合中会发生什么。如果用户将每个元素的原子大小和热力学性能插入模型中，则该模型在任何给定温度下预测合金的晶粒尺寸。

“该模型允许任何人以目标和有效的方式设计合金，而无需诉诸试验和错误方法，”NC州和纸质高级作者材料科学与工程教授罗恩散系博士说描述工作。“我们的实验结果证实了模型的准确性。”

“我们已经使用该模型在我们的调查中进入轻质铝合金和核能应用的高温合金，”莫斯多法斯佩德博士表示，研究博士学位和数控材料科学与工程博士研究学者。

本文，“纳米三元合金晶粒尺寸热力学稳定性的预测模型，“9月12日在线发布应用物理学杂志。该文件由哈桑科顿博士，前博士共同撰写。NC州的学生和博士后研究员，科比钢铁博士，科比钢铁杰出教授的材料科学与工程教授。该研究得到了国家科学基金会和美国能源部的支持。

- 船员 -

编辑注：研究摘要跟随。

“纳米晶体三元合金晶粒尺寸热力学稳定性的预测模型”

作者：Mostafa Saber，Hasan Kotan，Carl C. Koch，以及北卡罗来纳州立大学的罗纳德O. Scractgood

发表：在线9月12日，应用物理学杂志

迪伊：10.1063 / 1.4821040

抽象的：该工作介绍了一种评价三元纳米晶体合金热力学稳定的模型。它适用于含有强偏析尺寸的合金系统，其用弹性应变和/或不混溶的溶质焓溶于阳性混合焓。在常规解决方案模型的基础上，化学和弹性应变能量贡献掺入混合焓ΔHMIX.和混合熵δSmix.使用理想的解决方案近似获得。吉布斯混合的自由能量ΔGmix.相对于晶粒尺寸和溶质分离参数的同时变化最小化。拉格朗日乘法器方法用于获得最小Δ的数字解决方案Gmix.对应于给定合金组合物的平衡晶粒尺寸。数值解决方案将作为选择溶质的指导并评估热力学稳定的可能性。可以评估纳米晶粒尺寸和界面溶质过量的温度依赖性，可用于选定的三元系统。使用可用输入数据提供模型预测，用于各种溶剂溶质组合。将模型预测与Cu-Zn-Zr，Fe-Cr-Zr和Fe-Ni-Zr合金的实验结果进行比较，其中热力学稳定可能有效。