Армирование Nb2CTx MXene стимулировало микроструктуру и механические свойства магния

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 14289 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

В этом исследовании композит из технически чистого магния, армированный Nb2CTx MXene, был обработан с использованием традиционной технологии спекания в бленд-прессе. Добавленный один объемный процент Nb2CTx MXene был достаточно диспергирован вокруг частиц магния, несмотря на спорадическое скопление. Армирование Nb2CTx MXene было стабильным и обеспечивало бездефектное прочное межфазное соединение с магниевой матрицей. Небольшое количество химически совместимого и термически стабильного армирования Nb2CTx MXene успешно повысило объемную твердость и предел текучести при сжатии, прочность при сжатии, пластичность и вязкость разрушения технически чистого магния.

Магний (Mg) – один из широко доступных элементов, содержащихся в земной коре и морской воде. Материалы на основе магния хорошо известны своей низкой плотностью и превосходными механическими свойствами, что делает их привлекательным кандидатом для различных инженерных применений1,2,3,4 — от аэрокосмической, оборонной, автомобильной, спортивной до потребительских товаров. Однако присущая им плохая коррозионная стойкость, а также низкая жесткость, прочность и пластичность часто ограничивают их широкое применение в конструкциях. В последние годы исследователи исследовали использование чрезвычайно тонких армирующих материалов, в том числе различных оксидных керамик, углеродных нанотрубок и графена, для улучшения механических свойств сплавов Mg5,6,7,8,9,10. Однако одним из наиболее перспективных армирующих материалов среди них является MXene11,12,13.

MXenes — это новое семейство двумерных (2D) материалов, состоящих из карбидов и нитридов переходных металлов с формулой Mn+1XnTx, где M — переходный металл, X — углерод или азот, T — поверхностная концевая группа (например, O, OH, F и/или Cl), а n представляет собой целое число14,15,16. n слоев атомов углерода или азота чередуются с n + 1 слоями переходных металлов в MXene и получаются путем селективного травления элемента A (в основном элементов из группы IIIA или IVA таблицы Менделеева) фаз MAX с использованием плавиковой кислоты или другого сильнодействующего вещества. кислоты. Полученные материалы MXene имеют слоистую структуру, которую можно легко расслаивать на тонкие двумерные листы. Элементы А действуют как клей, удерживая карбиды и/или нитриды переходных металлов вместе в слоистой фазовой структуре MAX. Исследователи разработали более шестидесяти композиций MXene15, 17 и с помощью вычислений предсказали более ста потенциальных композиций MXene15, 18 с момента изобретения первого MXene, т.е. Ti3C2Tx, в 2011119 году. Высокая химическая стабильность, эффективная способность к поглощению электромагнитных волн, высокая электропроводность и превосходные характеристики. Механические свойства сделали MXene перспективным армирующим материалом для различных применений, включая композиты с металлической матрицей.

В последние годы исследователи исследовали использование MXene в качестве армирующих материалов в различных металлах, включая алюминий20, 21, медь22,23,24,25, никель26, титан27 и магниевые сплавы11,12, и создали композиты с металлической матрицей с широким диапазоном улучшений. свойства металла. Добавление MXene в магниевый сплав ZK61 методом порошковой металлургии значительно улучшило механические свойства, включая предел текучести при сжатии, предел прочности при сжатии и пластичность. Однако понимание влияния широкого спектра доступных MXene на большое количество известных материалов на основе магния невозможно предсказать на основе сообщаемой рецептуры магниевого сплава, армированного MXene, то есть ZK61-Ti3C2Tx. Таким образом, была предпринята инициатива по усилению технически чистого магния с помощью Nb2CTx MXenes собственной разработки с использованием традиционного процесса порошковой металлургии смесе-пресс-агломерации (BPS). Физически смешанный композитный порошок магния-Nb2CTx MXenes был уплотнен и спечен для изучения влияния армирования MXene на микроструктуру и возникающие в результате механические свойства технически чистого магния.