در یک تحقیق مشترک، گروهی از محققان در دانشگاه تگزاس ای اند ام (Texas A&M University) و آزمایشگاه ملی سندیا (Sandia National Laboratories) با استفاده از فرآیند اکستروژن در کانال زاویه‌دار (Equal Channel Angular Extrusion) توانستند بدون تغییر خواص مغناطیسی آلیاژها، خواص مکانیکی آنها را به واسطه اصلاح ریزساختار (کاهش اندازه دانه‌ها) بهبود دهند. نتایج یافته‌های این گروه تحقیقاتی در Journal of Materials Research منتشر شده است.
استفاده از آلیاژهای مغناطیسی با کارآیی بالا و دیگر آلیاژهای بین فلزی (intermetallic) در هوافضا و اکتشافات فضایی از اهمیت بسیاری برخوردار است زیرا آلیاژهای مورد استفاده در این حوزه‌ها باید از قابلیت کارکرد در شرایط محیطی سخت از قبیل دمای بالا، شوک و ارتعاش برخوردار باشد.
در فرآیند اکستروژن در کانال زاویه‌دار (ECAE) قطعه‌ی فلزی یا پلیمری که قرار است تحت تغییر شکل پلاستیک شدید قرار بگیرد در داخل کانال زاویه‌دار (معمولا 90 درجه) یک قالب قرار گرفته و نیروی لازم برای تغییر شکل از بالا توسط پرس به قطعه اعمال می‌شود. این فرآیند منجر به تغییر شکل پلاستیک شدید بدون تغییر در سطح مقطع نمونه می‌شود.
محققان در آزمایشگاه ملی سندیا دریافتند که برای تولید آلیاژهای مغناطیسی بالک باید روشی را مورد استفاده قرار دهند که بتواند خواص مکانیکی قابل ملاحظه‌ای را در آلیاژ ایجاد کند. فرآیند اکستروژن در کانال زاویه‌دار روشی منحصر بفرد است که بدون تغییر سطح مقطع، امکان ایجاد تغییرات شدید در ریزساختار آلیاژ را فراهم می‌کند و به واسطه کاهش اندازه دانه‌ها خواص مکانیکی را بهبود می‌بخشد؛ در نتیجه این روش می‌تواند برای تولید قطعات بالک با خواص مکانیکی قابل قبول مورد استفاده قرار گیرد.
شماتیک فرآیند اکستروژن در کانال زاویه‌دار (ECAE)
دکتر Karaman یکی از اعضای این تیم تحقیقاتی و رئیس دانشکده مهندسی مواد دانشگاه تگزاس توضیح داد: ”در ابتدا تردید داشتم بتوانیم استحکام یک ماده خاص را افزایش دهیم بدون اینکه خواص مغناطیسی آن تحت تأثیر قرار گیرد. اما به واسطه همکاری با محققان آزمایشگاه ملی سندیا توانستیم به آن چیزی که رؤیای آن را داشتیم دست پیدا کنیم که منجر به ثبت پتنت آلیاژهای مغناطیسی نرم پردازش شده به روش ECAE شد.“
در این پژوهش انجام فرآیند ECAE و برخی از ارزیابی‌های ریزساختاری و خواص مکانیکی توسط محققان دانشگاه تگزاس انجام شد. در ادامه محققان آزمایشگاه ملی سندیا از این نتایج استفاده کرده و در این رابطه بررسی‌های بیشتری را بر روی ریزساختار، خواص مکانیکی و مغناطیسی انجام دادند.
دکتر Karaman در ادامه گفت: ”فرآیند ECAE در دو دهه‌ی گذشته یکی از روش‌های اصلی پردازش مواد در دانشگاه تگزاس بوده و بسیاری از مواد غیر متعارف با این روش با موفقیت پردازش شده‌اند.“
دکتر Susan یکی از اعضای این تیم تحقیقاتی در آزمایشگاه سندیا گفت: ”فرآیند ECAE به طور سنتی برای پردازش آلیاژهایی مانند آلومینیم، مس و فولاد که انعطاف پذیر بوده و به راحتی شکل قالب را به خود می‌گیرند به کار گرفته شده است. اما این پژوهش با یک نوآوری همراه بود زیرا تلاش بر این بود تا از فرآیند ECAE برای پردازش آلیاژهای بین فلزی ترد و شکننده استفاده شود.“
با وجود اینکه این فرآیند به طور معمول یک فرآیند دمای پایین محسوب می‌شود اما این تیم تحقیقاتی باید فرآیند ECAE را دمای بالا آزمایش می‌کرد که به طور گسترده در مورد آلیاژهای مغناطیسی مورد بررسی قرار نگرفته بود.
دکتر Karaman گفت: ”محققان آزمایشگاه ملی سندیا می‌خواستند از این فرآیند برای پردازش آلیاژهای مغناطیسی بسیار تردد و با استحکام پایین مانند Fe-Co-V استفاده کنند.“ در نتیجه پژوهش آنها نشان داد فرآیند ECAE می‌تواند برای تولید آلیاژهای با کارآیی بالا که پاسخگوی خواص مکانیکی مورد نیاز باشند استفاده شود.
دکتر Susan توضیح داد: ”به نظر می‌رسد این شانس وجود داشته باشد که فرآیند ECAE را برای پردازش دیگر آلیاژهای بین فلزی از قبیل Fe-Si و Ni-Ti به کار برد و با اصلاح ریزساختار خواص آنها را بهبود بخشید. پژوهش انجام شده راه را برای تحقیقات بیشتر در این حوزه باز کرده است.“
دکتر Karaman افزود: ”در حال حاضر آزمایشگاه سندیا با یک شرکت زایشی (spin-off company) از دانشگاه تگزاس به دنبال یک فرآیند مقیاس پذیر هستند تا خواص مغناطیسی و مکانیکی این آلیاژهای مغناطیسی را در مقیاس صنعتی بررسی کنند. دیدن نتیجه این تحقیق مشترک برای ما بسیار هیجان انگیز خواهد بود.“
