多年來，科學家們在金屬合金中形成了小型化學模型，但大多數模型在製造過程中微不足道或消失了。最新的實驗表明，在實驗室條件下，這種模式會影響金屬的行為。
麻省理工學院的研究人員現在發現，微妙的化學組織也遵循工業過程中製造的金屬。研究結果指出了一個新的物理原理，可以解釋為什麼這些模型仍然存在。
在一項發表的研究中 自然通訊麻省理工學院的團隊發現並詳細研究了這些模式，發現了他所驅動的物理原理。他們還開發了一個適用於這些模型的模型，使工程師能夠調整金屬特性以用於航空航天、半導體或核應用。
“現在的結論是隨機的原子原子。無論你如何處理它，”TDK教師工程系的Rodrigo Freitas助理教授解釋道。 “這是這些非平衡態儲存在金屬中的第一個作用。目前，這種化學順序不是我們在製造金屬時控製或支付的。”
對於早期職業研究員弗雷塔斯來說，這一發現重視其決定，而許多其他人認為它已經確立。它得到了美國空軍科學研究辦公室的支持及其團隊的合作努力。其中包括三名麻省理工學院的博士生。 Mahmadul Islam、Yifan Cao 和 Killian Sheriff – 作為 CO-FIRST AS。
“我是否必須處理這個具體問題，因為人們工作了很長時間，”弗雷塔說。 “但我了解得越多，我就越發現研究人員正在理想化製造工藝。那些想要重現這些製造工藝的人。
理論的驚喜
弗雷塔斯和他的團隊從一個簡單的問題開始：加工金屬時物品混合的速度有多快？傳統觀點認為，金屬在製造過程中在原子水平上變得完全均勻。找到了這一點，相信他可以幫助設計不同級別的合金。
使用先進的機器學習工具，研究人員在金屬加工過程中移動並重新排列了數百萬個原子。
“我們做的第一件事就是使金屬片變形，”弗雷塔克解釋道。 “這是製造過程中的一個常見步驟：射擊金屬並預熱並再次變形。我們將其作為變形的材料。
然而，金屬的表現卻沒有達到預期。儘管經過了極端的加工，合金從未達到隨機狀態。結果令小組大吃一驚，阻止了現有的理論。
研究人員在紙上寫道：“他指出了金屬中的一個新物理學。” “應用研究得出了一個關鍵發現，就是這些案例之一。”
為了進行更多研究，建立了高精度計算模型來測量隨著時間的推移如何與原子和統計方法相互作用。通過大規模分子動力學模擬，他們看到了重組原子在變形和加熱過程中如何重新排列。
該團隊看到了幾種原子排列的溫度出乎意料的高，更引人注目的是，在現實世界的製造之外創建了全新的模型。這些模型被描述為“遠程平衡狀態”。
然後開發簡化模型來發揮模擬的主要特徵。該模型揭示了由於金屬中的錯誤（稱為位錯），原子網格中存在不規則的三維空間。當金屬變形時，位錯會扭曲並變化，裸露在更喜歡周圍原子的位置。此前，研究人員認為這個過程破壞了所有原子承諾，但麻省理工學院團隊發現了相反的結果：錯位是為了創造某種原子交換，創造微妙但穩定的模型。
“這些錯誤正在推動化學偏好的發展，”弗雷塔說。 “他們尋找低能量路徑，因為它不是很隨機。這不是太熱或太冷。這就是為什麼這些狀態存在於金屬中，並且傾向於破壞一些比其他鍵更弱的鍵。”
通過應用新理論
研究人員開發瞭如何在許多製造條件下開發這些化學模型。其結果是一張將多種金屬加工與不同金屬步驟連接起來的圖。
迄今為止，這種調節的化學順序和性質主要被作為學術課題。有了這張圖，研究人員希望在這些模型的生產過程中開始考慮這些套裝的新特性設計。
“研究人員已經找到了改變這些原子組織的金屬特性的方法——這是一種偉大的催化作用”，“弗雷塔說，化學反應的過程。”電化學發生在金屬表面，並且對通常的原子排列非常敏感。其他特性是它不會受到這些因素的影響。這是輻射的又一大損害。這“導致了核反應堆的性能。
研究人員已經表示，弗雷塔斯的論文可以幫助解釋有關金屬特性的其他發現，並且非常高興能夠將化學從該領域的基礎研究轉移到化學順序。
“你可以想到像航空航天這樣非常優化的合金，”弗雷塔說。 “仔細照顧非常具體的成分。它允許您組合通常混合的不變形金屬。因此，了解它們在這些過程中如何混合非常重要。所以這對他們來說是一個很大的麻煩。
這項工作得到了美國空軍科學研究、Mathworks 和麻省理工學院-葡萄牙項目的部分支持。
