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Röntgenaufnahme erhöht das Potenzial von leichtem Magnesium

23.07.2019

Eine weltweit erste Studie unter der Leitung der Monash University hat eine Technik und ein Phänomen entdeckt, das zur Herstellung stärkerer, leichterer Magnesiumlegierungen verwendet werden kann, die die strukturelle Integrität in der Automobil- und Luftfahrtindustrie verbessern könnten.

In Nature Communications veröffentlicht, entdeckten Forscher der Monash University, des CSIRO und der Chongqing University ein Muster der Legierungselementtrennung in Doppelgrenzen, indem sie Röntgenaufnahmen mit atomarer Auflösung bei viel niedrigerer Elektronenspannung verwendeten.

Ingenieure sind ständig auf der Suche nach starken, leichten Materialien für den Einsatz in Autos, Flugzeugen und Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen, um die Kraftstoffeffizienz, Aerodynamik, Geschwindigkeit und Gewichtsbelastung zu verbessern.

Der Befund ist signifikant, da die Verformung von leichtem Magnesium bei thermomechanischen Prozessen und Anwendungen verhindert, dass diese Legierungen anstelle von Stahl häufiger verwendet werden. Es hat auch Auswirkungen auf andere Leichtmetalllegierungen wie Aluminium und Titan.

"Das Leichtgewicht Magnesium hat ein enormes Potenzial für energieeffiziente und umweltfreundliche Anwendungen. Aber die Trennung in diesen Materialien ist anfällig für Elektronenstrahlschäden", sagte Hauptautor Professor Jian-Feng Nie vom Department of Materials Science and Engineering der Monash University.

"Die Elektronenstrahlschädigung ist am schwersten, wenn aus getrennten gelösten Atomen eine einzelne Atomsäule wird. Dies hat Auswirkungen auf die Umformbarkeit, das Verformungsverhalten und die Zug-Druckfestigkeit von Magnesiumknetprodukten.

"Wir haben gezeigt, dass es möglich ist, diese Schwierigkeit zu lösen, indem man die Röntgenaufnahme mit atomarer Auflösung bei einer viel niedrigeren Beschleunigungsspannung von Elektronen[120kV] anstelle der üblichen 300kV verwendet.

"Wir haben weiter entdeckt, dass das neue Segregationsmuster den Boundary-Pinning-Effekt um mehr als das 30-fache erhöht und den Migrationsmechanismus der Zwillingsgrenze vom allgemein akzeptierten Modus auf einen neuen umschaltet."

Die Forscher verwendeten im Rahmen ihrer Studie eine Magnesiumlegierung aus Neodym und Silber. Diese Legierung enthält hervorragende mechanische Eigenschaften sowohl bei Umgebungstemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen.

Sie fanden signifikante Verbesserungen der Scherspannung um das 33-fache, und die elastische Dehnungsgrenze trat auf, als die Zwillingsgrenze mit Neodym und Silber bestückt wurde.

Die erhöhte Ladungsdichte zwischen Silber und Neodym mit dem Magnesium deutete auf eine stärkere Bindung und Stärkung des Zwillings hin. Unter Krafteinwirkung wird das Magnesium in Richtung Neodym und vom Silber weggedrückt - eine stärkere, leichte Legierung entsteht.

"Unsere Arbeit zeigt, dass die atomare Analyse der Struktur und Chemie der gelösten Trennung in metallischen Legierungen mit komplexen Zusammensetzungen jetzt möglich ist", sagte Professor Nie.

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