طريقة حديثة لا إتلافية لعملية فحص الخلائط المعدنية

استخدم الباحثون في لوس آلاموس تقنيات تصوير لاإتلافية جديدة لدراسة عمليات التصلب لمجموعة عينات من الخلائط المعدنية، حيث تم اخذ القياسات باستخدام مجموعة من الطرق المتكاملة تتضمن التصوير الاشعاعي البروتوني في مركز العلوم النيتروني في لوس ألاموس (LANSCE) وكذلك جهاز الأشعة السينية السنكروتروني في مختبر أرغون الوطني (ANL) .

تعتبر هذه الطريقة اللاإتلافية الأولى من نوعها كونها تستخدم البروتونات عالية الطاقة لأخذ صور للعينات المعدنية خلال مراحل الانصهار والتصلب. إن فهم الصلة بين عملية الانصهار وتشكل البنى بعد التصلب مهم جداً كون تأثير البنى والتراكيب يتعلق بشكل كبير في خصائص وأداء المواد الهندسية. طريقة التصوير هذه تؤمّن الرؤية اللازمة للتحكم بالبنى المجهرية للمعادن المدروسة وتؤدي لعمليات تصنيع متقدمة تقود لإنتاج مواد ذات خواص مرغوبة . تتصلب الخلائط المعدنية وفق نسق يتبع لدرجات الحرارة ومكونات الخليطة، سابقاً كان يتم جمع ودمج جميع الطرق والتصاميم لإنتاج السبائك المعدنية حيث يتم قطع السبائك الناتجة وصقل سطحها من أجل رؤية وفحص بنية المعدن حيث تتكون مجموعة محدودة من الملاحظات والمعلومات المباشرة لبنية الخليطة المتصلبة.

تمكن العلماء حالياً من حل مشكلة إتلاف بعض العينات وذلك بفحص المعدن خلال عملية التصلب دون تخريب أو إهدار لعينات المعدن المدروس وذلك باستخدام تقنية التصوير الإشعاعي البروتوني ذو الطاقة العالية (pRad) وتقنية التصوير بجهاز الأشعة السينية السنكروتروني . قامت الباحثة إيمي كلارك من قسم المعادن (MST-6) بقيادة فريق لإثبات القدرة على استخدام تقنية (pRad) وذلك من أجل فحص عينات من الخلائط المعدنية ذات حجوم كبيرة (أكبر من mm3 10000) خلال عملية التصلب.

استكمل الباحثون دراستهم للحصول على دقة أعلى عبر استخدام تقنية التصوير بالأشعة السينية السنكروتروني وهي تقنية لفحص العينات ذات الحجوم الصغيرة (أقل من1mm3 )وللمعادن منخفضة الكثافة.(تنتج الأشعة السينية السنكروترونية عن تسريع الجسيمات في مسرعات دائرية تدعى السينكرترون وتتميز بكون صورها ذات دقة أعلى من صور الأشعة السينية التقليدية).

تؤمن عملية التصوير الشعاعي البروتوني رصد التغيرات المباشرة على المستوى البنيوي خلال مراحل التصلب، كما تقدم نظرة ثلاثية الأبعاد لسير العمليات الجارية ، مثل تدفق المعدن المصهور ودراسة جبهات التصلب في المقاطع الثخينة بدلاً من دراستها فقط للمقاطع الرقيقة، وهو ما يتمثل بشكل أفضل خلال العمليات التي تحدث ضمن السبائك الفعلية. حيث أن هذه المعلومات تعتبر كجسور تربط بين الأنظمة المقاسة من المستويات الماكروية الى المستويات الميكروية (المجهرية) وتوفر نظرة أعمق لعمليات التصلب .

في الوقت الحالي يمكن لهذه التقنيات من التصوير إتاحة التحكم والسيطرة على عمليات تشكل الأطوار والبنى ونموها خلال مراحل التصلب ، مما يتيح الحصول على خصائص أفضل خلال هذه المراحل. مثل هذه التجارب يمكن أن تحدث ثورة في معرفتنا لعلوم السكب المعدني وتحول قدراتنا لإنشاء نماذج تصف هذه الظواهر بدقة عالية.

استخدم فريق الباحثين 800 الكترون فولط من البروتونات بالاضافة لعملية التصوير بالأشعة السينية السنكروتروني ، وذلك من أجل خليطة المنيوم مضاف إليها 10% من الأنديوم. هذه الخليطة تتصلب وفق طورين ، حيث يتصلب أحد أطوارها بشكل اسرع من تصلب الطور الآخر حتى الوصول إلى مرحلة التصلب الكلية . حيث رصد العلماء في هذه التجارب تدفق المصهور المعدني وتشكل البنى. قدم الفريق فيديو يعتبر الأول من نوعه بتقنية الإشعاع البروتوني يظهر فيه عملية انصهار الخليطة المعدنية وتصلبها. تتصرف الأطوار السائلة الأقلية والأكثرية (الأقلية لمعدن الأنديوم والأكثرية لمعدن الألمنيوم) بشكل مشابه لقطرات النفط عندما تكون في الماء، إلا أن كثافة الطور السائل لمعدن الأنديوم (الأقلية) يجعلها تغرق بدلاً من أن تطوف ضمن الطور الرئيسي لمعدن الألمنيوم كما هو مبين في رابط الفيديو المرفق

المصدر: هنا

رابط تحميل الفيديو: هنا

حقوق الصورة: Los Angeles Mission College