آلیاژهای آلومینیوم آغشته به طلا سختی را از طریق بارش افزایش می‌دهند

چیزی که به نظر می رسد آلیاژ آلومینیوم معمولی باشد، می تواند از طریق چیزی که دانشمندان آن را "کیمیاگری مدرن" می نامند - با افزودن مقادیر کمی از طلا، دستخوش دگرگونی قابل توجهی شود. این ترکیب شگفت‌انگیز یک آلیاژ آلومینیوم-طلا (Al-Au) با سختی قابل‌توجهی افزایش یافته ایجاد می‌کند که بینش‌های شگفت‌انگیزی را در مورد علم مواد نشان می‌دهد.

علم حلالیت

در قلب این پدیده مفهوم حلالیت جامد نهفته است. طلا مانند حل شدن نمک در آب، می تواند در ساختار بلوری آلومینیوم حل شود، اما فقط تا حد معینی. در دمای 600 درجه سانتی گراد، آلومینیوم می تواند تقریباً 0.25 درصد طلا را در وزن حل کند. با کاهش دما، ظرفیت آلومینیوم برای نگهداری طلا کاهش می‌یابد و اتم‌های طلای اضافی را مجبور می‌کند تا در فرآیندی به نام رسوب از ماتریس آلومینیوم خارج شوند.

معماری کریستالی طلا

وقتی طلا رسوب می کند، خوشه های تصادفی تشکیل نمی دهد. تحقیقات نشان می‌دهد اتم‌های طلا خود را به صورت ذرات نازک و صفحه‌مانندی مرتب می‌کنند که ترجیحاً در امتداد صفحات کریستالوگرافی خاص در ساختار آلومینیوم قرار می‌گیرند. این هواپیماها که در نماد علم مواد به عنوان {100} تعیین شده‌اند، به عنوان «محل اتصال» ترجیحی برای نانوساختارهای طلایی در حال ظهور عمل می‌کنند.

فرآیند بارش در مراحل مجزا اتفاق می افتد. در طول عملیات حرارتی طولانی، یک فاز η پایدار (Al2Au) با ساختار کریستالی به خوبی تعریف شده تشکیل می‌شود. با این حال، عملیات حرارتی کوتاه‌تر یک فاز η' میانی ایجاد می‌کند. دانشمندان ساختار بلوری چهارضلعی این فاز انتقالی را با تجزیه و تحلیل الگوهای حاشیه Moiré تعیین کردند - الگوهای تداخلی که هنگام همپوشانی دو ساختار تناوبی ظاهر می شوند.

مکانیسم سخت شدن

اثر سخت شدن قابل توجه از تنها 0.2٪ محتوای طلا ناشی از نحوه تعامل این رسوبات با عیوب کریستالی به نام نابجایی است. در متالورژی، نابجایی ها عیوب خطی هستند که حرکت آنها باعث تغییر شکل پلاستیک می شود. فازهای طلای رسوب‌شده به‌عنوان موانع میکروسکوپی عمل می‌کنند و به طور موثر این نابجایی‌ها را در جای خود «سنجاق می‌کنند».

فاز η' میانی به ویژه در سخت شدن موثر است زیرا توزیع خوب و پراکنده آن موانع بیشتری را در واحد حجم ایجاد می کند. علاوه بر این، اعوجاج شبکه در اطراف رسوبات، میدان های تنشی ایجاد می کند که مانع حرکت نابجایی می شود.

این فعل و انفعال پیچیده بین محدودیت‌های حلالیت، سینتیک بارش، تکامل ساختار کریستالی و دینامیک نابجایی توضیح می‌دهد که چگونه افزودن‌های کوچک طلا می‌توانند به طور چشمگیری آلیاژهای آلومینیوم را تقویت کنند. درک این مکانیسم ها بینش های ارزشمندی را برای توسعه نسل بعدی مواد با کارایی بالا ارائه می دهد.