धातु सामग्री के इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों के लिए उच्च उपज शक्ति और तन्य प्लास्टिसिटी महत्वपूर्ण हैं। वर्तमान में, केवल कुछ ही अल्ट्रा{1}उच्च-शक्ति वाले स्टील्स 2 GPa की थोक उपज शक्ति (σy) प्राप्त करते हैं। हालाँकि, उनमें प्लास्टिक विरूपण के दौरान पर्याप्त कार्य सख्त करने की क्षमता का अभाव होता है, जिसके परिणामस्वरूप मानक एकअक्षीय तन्यता परीक्षणों में रिपोर्ट की गई एकसमान विकृति वास्तविक समान बढ़ाव (ɛu) के बजाय स्थानीयकृत विरूपण बैंड के कारण दाँतेदार प्लास्टिक प्रवाह से बनी होती है। ये अल्ट्रा{6}उच्च-शक्ति वाले स्टील्स, जैसे कि मैरेजिंग स्टील्स, में आमतौर पर बहुत कम समान बढ़ाव होता है (उदाहरण के लिए, ɛu ~ 5%)। यद्यपि क्लासिक द्वितीय चरण सुदृढ़ीकरण तंत्र सामग्री की उपज शक्ति में प्रभावी ढंग से सुधार कर सकता है, सुदृढ़ीकरण स्तर मिश्र धातु में दूसरे चरण के कम मात्रा अंश (अक्सर <50 वॉल्यूम%) द्वारा सीमित होता है, जिससे तन्य प्लास्टिसिटी में तेज कमी आती है। इसलिए, उपज शक्ति σy ~ 2 GPa और एक समान बढ़ाव ɛu 10% से काफी अधिक के साथ मिश्र धातुओं को डिजाइन करना सामग्री विज्ञान में एक बड़ी चुनौती है।
उपरोक्त चुनौतियों के जवाब में, शीआन जियाओतोंग विश्वविद्यालय में धातु सामग्री शक्ति की राष्ट्रीय प्रमुख प्रयोगशाला के प्रोफेसर झांग जिन्यु, प्रोफेसर मा एन और शिक्षाविद सन जून ने अपनी पिछली उपलब्धियों के आधार पर एफसीसी समृद्ध लौह जटिल मिश्र धातु मैट्रिक्स को जोड़ने और मजबूत करने के लिए अल्ट्रा - उच्च मात्रा अंश इंटरमेटेलिक यौगिक अवक्षेप, अर्थात् सुसंगत एल 12 नैनो चरण और गैर सुसंगत कम मॉड्यूलस हार्ड प्लास्टिक बी 2 माइक्रो चरण का उपयोग करने का प्रस्ताव दिया (एक्टा मेटर, 2022, 233: 117981; स्क्रिप्टा मेटर, 2023, 222: 115058)। कमरे के तापमान पर अति उच्च शक्ति और बड़ी समान तन्यता लचीलापन प्राप्त करने के लिए, इस मिश्र धातु की डिजाइन अवधारणा है: i) उच्च व्युत्क्रम डोमेन सीमा ऊर्जा के साथ सुसंगत L12 नैनो चरण के उच्च मात्रा अंश के साथ इसकी ताकत बढ़ाने के लिए, और ii) कम मापांक गैर सुसंगत बी 2 माइक्रो चरण के उच्च मात्रा अंश को पेश करने के लिए; एक ओर, गैर-सुसंगत इंटरफ़ेस अव्यवस्था की गति को रोकने और सुसंगत इंटरफ़ेस की तुलना में उपज शक्ति में सुधार करने में अधिक प्रभावी हैं। दूसरी ओर, कई मिश्र धातु तत्वों की शुरूआत इसकी प्लास्टिसिटी को बढ़ाने के लिए बी 2 की एंटी-चरण डोमेन सीमा को कम कर देती है, जिससे इन कणों को अव्यवस्था भंडारण इकाइयों के रूप में कार्य करने और कार्य सख्त करने की क्षमता में सुधार करने की अनुमति मिलती है।
मल्टी प्रिंसिपल एलिमेंट मिश्रधातुओं की डिजाइन अवधारणा के परिणामस्वरूप जटिल मिश्रधातुओं के लिए एक विशाल संरचनात्मक चयन स्थान मिलता है, जो पारंपरिक "परीक्षण और त्रुटि" विधियों के आधार पर उच्च प्रदर्शन वाले मिश्रधातुओं को डिजाइन करने में अभूतपूर्व कठिनाइयां पैदा करता है। इसके लिए, टीम के सदस्यों ने डोमेन ज्ञान सहायता प्राप्त मशीन लर्निंग विधियों का उपयोग करके घटक स्क्रीनिंग की। सबसे महत्वपूर्ण तत्व टा (तत्व Ti के बजाय) सहक्रियात्मक मिश्रधातु को उच्च ठोस घुलनशीलता वाले प्रकाश तत्व Al और L12 विपरीत चरण डोमेन सीमाओं के माध्यम से प्राप्त किया गया था, जिसके परिणामस्वरूप L12+B2 दोहरे वर्षा चरण को मजबूत Fe35Ni29Co21Al12Ta3 (at.%) जटिल मिश्र धातु (चित्र 1) प्राप्त हुआ। एल12 नैनो चरण (अल, टा से भरपूर) और बी2 माइक्रो चरण (अल से भरपूर, टा से कम) के आयतन अंश क्रमशः ~67 वोल्ट% और ~15 वोल्ट% तक उच्च थे। सुसंगत एल12/एफसीसी इंटरफ़ेस और गैर सुसंगत बी2/एफसीसी इंटरफ़ेस दोनों ही अव्यवस्थाओं के साथ दृढ़ता से बातचीत करने में सक्षम थे (चित्र 2)। यह न केवल अव्यवस्थाएं उत्पन्न कर सकता है, बल्कि यह अव्यवस्थाओं को संग्रहीत भी कर सकता है, विशेष रूप से कम मापांक बी 2 माइक्रोन चरण की तुलना (एफसीसी + एल 12) से की जा सकती है। मैट्रिक्स (चित्रा 3) में संग्रहीत अव्यवस्थाओं का उच्च घनत्व मिश्र धातु के कार्य सख्त प्रदर्शन को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है, जिससे इसकी उपज/तन्य शक्ति और तन्य लचीलापन में सुधार होता है, जिससे मिश्र धातु को कमरे के तापमान पर एक अभूतपूर्व शक्ति प्लास्टिसिटी संयोजन प्राप्त करने में सक्षम बनाया जाता है, जो अब तक रिपोर्ट किए गए सभी मिश्र धातुओं की तुलना में काफी बेहतर है (चित्रा 4)। टीम द्वारा प्रस्तावित मिश्र धातु डिजाइन रणनीति अन्य उच्च प्रदर्शन मिश्र धातुओं के डिजाइन के लिए नए विचार भी प्रदान करती है।
चित्र 1. (ए) एक डोमेन ज्ञान आधारित मशीन लर्निंग मॉडल (छह सक्रिय शिक्षण चक्रों से युक्त) सुपर प्लास्टिसिटी के साथ FeNiCoAlTa जटिल मिश्र धातु की भविष्यवाणी करता है। (बी) सैद्धांतिक अनुमानित उपज शक्ति प्रयोगात्मक रूप से मापी गई उपज शक्ति के अनुरूप है, जो मशीन लर्निंग मॉडल की विश्वसनीयता की पुष्टि करती है। (सी) प्रयोगात्मक रूप से मापी गई उपज शक्ति और मॉडल पुनरावृत्तियों की संख्या के बीच संबंध Fe35Ni29Co21Al12Ta3 जटिल मिश्र धातु की इष्टतम संरचना को प्रकट करता है।
चित्र 2. (a-d) कमरे के तापमान की विकृति और तीन चरण संरचना वाले Fe35Ni29Co21Al12Ta3 जटिल मिश्र धातु की इंटरफ़ेस विशेषताएं, यानी अव्यवस्थाएं L12 नैनो चरण के माध्यम से कट सकती हैं और कम मापांक B2 माइक्रो चरण में संग्रहीत हो सकती हैं। अव्यवस्थाएं एल12/एफसीसी सुसंगत और बी2/एफसीसी गैर सुसंगत इंटरफेस दोनों पर मौजूद हैं; (ई) जटिल मिश्र धातुओं की रासायनिक संरचना और वितरण विशेषताओं के साथ-साथ मल्टी प्रिंसिपल एल12 नैनो चरण और बी2 माइक्रो चरण की मौलिक संरचना का परमाणु जांच विश्लेषण।
चित्र 3. Fe35Ni29Co21Al12Ta3 जटिल मिश्र धातु में तनाव (a1-d1) ε{8}}, (a2-d2) ε=8%, और (a3-d3) ε=20% के साथ प्रत्येक घटक चरण के अव्यवस्था घनत्व का विकास, यह दर्शाता है कि कम मापांक B2 माइक्रोन चरण (FCC+L12) मैट्रिक्स की तुलना में अव्यवस्थाओं के उच्च घनत्व को संग्रहीत कर सकता है।
चित्रा 4. (ए {{1} बी) इंजीनियरिंग तनाव {{2} तनाव और वास्तविक तनाव {{3} विभिन्न रचनाओं के साथ जटिल मिश्र धातुओं के तनाव वक्र, (सी) अन्य 2जीपीए ग्रेड अल्ट्रा {{10} उच्च शक्ति धातु सामग्री (डी एंड पी स्टील, मार्टेंसिटिक स्टील, मध्यम उच्च एन्ट्रॉपी मिश्र धातु) के साथ Fe35Ni29Co21Al12Ta3 जटिल मिश्र धातु के कार्य सख्त प्रदर्शन की तुलना, और (डी, ई) उपज शक्ति वर्दी की तुलना अन्य धातु सामग्री के साथ Fe35Ni29Co21Al12Ta3 जटिल मिश्र धातु का तन्यता बढ़ाव मिलान और उपज शक्ति मजबूत प्लास्टिक उत्पाद मिलान। कमरे के तापमान पर यांत्रिक गुणों का संयोजन अन्य रिपोर्ट की गई धातु सामग्रियों से काफी बेहतर है।
शोध के निष्कर्ष नेचर में "उच्च शक्ति के साथ लचीले FeNiCoAlTa मिश्र धातुओं की मशीन लर्निंग डिजाइन" शीर्षक के तहत ऑनलाइन प्रकाशित किए गए थे। शीआन जियाओतोंग विश्वविद्यालय में स्कूल ऑफ मैटेरियल्स साइंस एंड इंजीनियरिंग के डॉक्टरेट छात्र यासिर सोहेल और झांग चोंगले क्रमशः पेपर के पहले और दूसरे लेखक हैं। प्रोफेसर झांग जिन्यु, मार्क्स और शिक्षाविद सन जून पेपर के सह-लेखक हैं। प्रोफेसर लियू गैंग, ज़ू डेज़ेन, एसोसिएट प्रोफेसर यांग यांग, और डॉक्टरेट छात्र झांग डोंगडोंग, गाओ शोहुआ, फैन ज़ियाओक्सुआन और झांग हैंग ने भी काम में भाग लिया। शीआन जियाओतोंग विश्वविद्यालय में धातु सामग्री शक्ति की राष्ट्रीय प्रमुख प्रयोगशाला इस काम के लिए एकमात्र संचार और समापन इकाई है। यह नौकरी पहली बार है कि शीआन जियाओतोंग विश्वविद्यालय के स्कूल ऑफ मैटेरियल्स साइंस के विदेशी छात्रों ने पहले लेखक के रूप में एक प्रकृति लेख प्रकाशित किया है। इस कार्य को चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन, 111 टैलेंट इंट्रोडक्शन बेस, शानक्सी प्रांतीय विज्ञान और प्रौद्योगिकी इनोवेशन टीम प्रोजेक्ट और सेंट्रल यूनिवर्सिटी बेसिक रिसर्च बिजनेस फंड से वित्त पोषण प्राप्त हुआ है। लक्षण वर्णन और परीक्षण कार्य को शीआन जियाओतोंग विश्वविद्यालय के विश्लेषण और परीक्षण साझा केंद्र, स्कूल ऑफ मैटेरियल्स साइंस के प्रायोगिक प्रौद्योगिकी केंद्र और शंघाई लाइट सोर्स से मजबूत समर्थन मिला है।