نانوذرات آلیاژ‌ی با آنتروپی بالا مقاومت در برابر اکسیداسیون بالا دارند

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، یافته‌های اخیر محققان نشان می‌دهد که نانوذرات آلیاژ آنتروپی بالا (HEA) مقاومت بسیار خوبی در برابر اکسیداسیون از خود نشان می‌دهند.

آلیاژ‌های آنتروپی بالا که از ترکیب تقریباً مساوی چند فلز اولیه – معمولاً پنج یا بیشتر – تشکیل می‌شوند، دسته‌ای جدید از مواد پیشرفته بوده که پتانسیل بالایی برای ایجاد مواد با خواص مکانیکی، حرارتی و کاتالیزوری برتر دارند. یکی دیگر از جذابیت‌های آلیاژ‌های آنتروپی بالا این است که آن‌ها می‌توانند جایگزین‌های موثری برای مواد کمیاب، خطرناک و گران باشند.

آلیاژ‌های آنتروپی بالا همانند آلیاژ‌های معمولی، محیط‌های صنعتی ویژه‌ای نیاز دارند که قرار گرفتن در معرض دمای بالا، گاز‌های اکسیدکننده / احیاکننده و محلول‌های حاوی اسید و کلرید از جمله محیط‌های صنعتی آلیاژ‌های آنتروپی بالا هستند.

مطالعات متعددی برای درک رفتار‌های خوردگی آلیاژ‌های آنتروپی بالا مانند اکسیداسیون در هوا و اتمسفر حاوی اکسیژن انجام شده است. با این وجود، در حال حاضر دانش کمی در مورد رفتار مواد آلیاژ‌های آنتروپی بالا، به‌ویژه به شکل ذرات نانومقیاس، در شرایط بحرانی نظیر گاز‌های اکسیدکننده وجود دارد که دلیل این امر، محدودیت روش‌های تعیین مشخصات موجود برای این مواد است.

براساس مقاله‌ای با عنوان «مطالعات اکسیداسیون درجا نانوذرات آلیاژ بالا آنتروپی» که در نشریه ACS Nano به چاپ رسیده است، درک تازه‌ای در مورد رفتار نانوذرات آلیاژ‌های آنتروپی بالا در محیط اکسید کننده دمای بالا به‌دست آمده است. این نتایج گزینه‌های تازه‌ای برای طراحی آلیاژ‌های بسیار پایدار را در اختیار محققان قرار می‌دهد.

این پروژه یک کار تیمی میان محققان حوزه‌های چند رشته‌ای و چند نهادی به رهبری دانشگاه ایلینوی شیکاگو است که با همکاری آزمایشگاه ملی آرگون، دانشگاه پیتسبورگ، دانشگاه کالیفرنیا ریورساید و دانشگاه نورث وسترن انجام شده است.

بو سونگ از محققان این پروژه می‌گوید: «همیشه اعتقاد بر این بوده که فلزات یا آلیاژ‌های سنتی براساس ترکیب و شرایط اکسیداسیون و اکسید‌های بلور تشکیل می‌شوند، اما هنگامی که پنج یا بیشتر عناصر اصلی در یک فاز درگیر باشند، ممکن است رفتار جدیدی در طول اکسیداسیون به‌دلیل آنتروپی زیاد دیده شود. ما سردرگم شدیم زمانی که دیدیم فلزات انتقالی موجود در نانوذرات آلیاژ‌های آنتروپی بالا می‌توانند به‌طور هم‌زمان در لایه اکسیدی تفکیک شده و یک فاز نامنظم را تشکیل دهند که می‌تواند کل روند اکسیداسیون را کُند کند.»

این گروه تحقیقاتی برای اولین بار، به‌طور مستقیم کل فرآیند اکسیداسیون نانوذرات آلیاژ‌های آنتروپی بالا را در زمان واقعی و در مقیاس نانو مشاهده کردند. روش پیشرفته میکروسکوپ الکترونی عبوری درجا (TEM) امکان تصویربرداری و تجزیه و تحلیل در زمان واقعی را فراهم می‌کند؛ بنابراین شواهد روشنی از جداسازی مشترک فلزات انتقالی در طی فرآیند اکسیداسیون ارائه می‌دهد.

این نتایج سینتیک اکسیداسیون کندتر نانوذرات آلیاژ‌های آنتروپی بالا را تأیید می‌کند. این یافته‌ها احتمال استفاده از این آلیاژ‌های آنتروپی بالا را برای کاربرد‌هایی که به پایداری حرارتی بالا و مقاومت به اکسیداسیون نیاز دارند، پیشنهاد می‌کنند.