Een uitdaging in het produceren van sterke, elastische en slijtvaste nanocomposieten zorgt voor een gelijkmatige verdeling van de nanodeeltjes in de metaalmatrix. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van A*STAR hebben een proces gebruikt dat bekend staat als wrijvingsroerverwerking (zie afbeelding) om een ​​gelijkmatig verdeelde mix van aluminiumoxide (Al2O3) deeltjes van nanoformaat in aluminium te produceren. Hun techniek is een levensvatbare nieuwe methode voor het vervaardigen van nanocomposieten en heeft een opwindend potentieel voor de auto, ruimtevaart- en defensie-industrie.

"De huidige poedermetallurgie of vloeibare verwerkingsmethoden slagen er niet in om uniforme verwerking te bereiken, " zegt onderzoeksleider Junfeng Guo, die van het A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology is.

Guo's team boorde honderden gaten met een diameter van 1 millimeter in het oppervlak van een dunne plaat van een aluminiumlegering. Vervolgens injecteerden ze een suspensie van aluminiumoxide-nanodeeltjes in de gaten en verwarmden de plaat in een oven. Nadat het blad is afgekoeld, het team heeft er een roterend gereedschap in gestoken - dit is de bewerkingsstap voor wrijvingsroer. De wrijving tussen het gereedschap en de plaat zorgde ervoor dat het materiaal week werd. Het gereedschap werd verplaatst om ervoor te zorgen dat het hele vel geplastificeerd werd.

Door de nanodeeltjes in het vel te plaatsen voorafgaand aan de verwerkingsstap met wrijvingsroer, verhoogde de concentratie van nanodeeltjes in het composiet aanzienlijk. "Het verminderde ook de hoeveelheid deeltjes in de lucht die geproduceerd worden tijdens poederplaatsing en wrijvingsroerverwerking, " legt Guo uit.

Het team gebruikte scanning-elektronenmicroscopie om twee belangrijke eigenschappen te controleren die de sterkte van nanocomposieten beïnvloeden. Ze toonden eerst aan dat de nanodeeltjes uniform verspreid waren, wat betekent dat het materiaal geen zwakke punten heeft. Ze ontdekten ook dat de korrels of kristallen van de aluminiummatrix die herkristalliseerde na te zijn geplastificeerd, extreem klein waren; kleinere aluminiummatrixkorrels kunnen soepeler langs elkaar stromen dan grotere deeltjes, versterken van de sterkte van het materiaal.

Door de korrelgrootte te meten na het uitvoeren van wrijvingsroerverwerking met en zonder de Al2O3-nanodeeltjes, het team toonde aan dat de nanodeeltjes bijdroegen aan de vermindering van de korrelgrootte.

De beste verdeling van nanodeeltjes en de kleinste korrels van aluminiumlegeringen werden verkregen nadat het roterende gereedschap vier keer door de plaat was gevoerd. Het team toonde vervolgens aan dat de composiet die op deze manier werd gemaakt, de hardheid en treksterkte aanzienlijk had verbeterd in vergelijking met onbehandelde platen van aluminiumlegeringen.

"We zijn van plan dit onderzoek voort te zetten om de mechanische en thermische eigenschappen en de slijtvastheid van de nanocomposieten verder te verbeteren, " zegt Guo. "Uiteindelijk, we willen onze technologie commercialiseren om de lokale industrie te helpen."