Blog

May 28, 2023

Nb2CTx MXene-Verstärkung stimulierte die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von Magnesium

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 14289 (2023) Diesen Artikel zitieren. Details zu Metriken. In dieser Studie wurde Nb2CTx MXene-verstärkter kommerziell reiner Magnesiumverbundwerkstoff verarbeitet

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 14289 (2023) Diesen Artikel zitieren

Details zu den Metriken

In dieser Studie wurde ein mit Nb2CTx MXene verstärkter kommerziell reiner Magnesiumverbundwerkstoff unter Verwendung der traditionellen Blend-Press-Sinter-Technik verarbeitet. Der hinzugefügte Volumenprozentsatz Nb2CTx MXene war trotz sporadischer Clusterbildung ziemlich rund um die Magnesiumpartikel verteilt. Die Nb2CTx MXene-Verstärkung war stabil und entwickelte fehlerfrei eine starke Grenzflächenbindung mit der Magnesiummatrix. Die geringe Menge an chemisch kompatibler und thermisch stabiler Nb2CTx MXene-Verstärkung konnte die Gesamthärte und Druckstreckgrenze, Druckfestigkeit, Duktilität und Bruchzähigkeit des handelsüblichen reinen Magnesiums erfolgreich verbessern.

Magnesium (Mg) ist eines der reichlich vorhandenen Elemente in der Erdkruste und im Meerwasser. Materialien auf Magnesiumbasis sind bekannt für ihre geringe Dichte und ihre hervorragenden mechanischen Eigenschaften, was sie zu einem attraktiven Kandidaten für verschiedene technische Anwendungen1,2,3,4 macht, die von der Luft- und Raumfahrt über Verteidigung, Automobil und Sport bis hin zu Konsumgütern reichen. Ihre inhärente geringe Korrosionsbeständigkeit und geringe Steifigkeit, Festigkeit und Duktilität schränken jedoch häufig ihren nennenswerten Einsatz in strukturellen Anwendungen ein. In den letzten Jahren haben Forscher die Verwendung extrem feiner Verstärkungsmaterialien, darunter verschiedene Oxidkeramiken, Kohlenstoffnanoröhren und Graphen, untersucht, um die mechanischen Eigenschaften von Mg-Legierungen zu verbessern5,6,7,8,9,10. Eines der vielversprechendsten Verstärkungsmaterialien unter ihnen ist jedoch MXene11,12,13.

MXene sind eine neue Familie zweidimensionaler (2D) Materialien, die aus Übergangsmetallcarbiden und -nitriden mit der Formel Mn+1XnTx bestehen, wobei M ein Übergangsmetall, X Kohlenstoff oder Stickstoff und T eine Oberflächenterminierungsgruppe (z. B O, OH, F und/oder Cl) und n eine ganze Zahl ist14,15,16. Die n Schichten aus Kohlenstoff- oder Stickstoffatomen sind in n + 1 Schichten aus Übergangsmetallen im MXen verschachtelt und werden durch selektives Ätzen des A-Elements (hauptsächlich Elemente aus der IIIA- oder IVA-Gruppe des Periodensystems) der MAX-Phasen mit Flusssäure oder anderen starken Säuren hergestellt Säuren. Die resultierenden MXene-Materialien haben eine Schichtstruktur und können leicht in dünne zweidimensionale Schichten delaminiert werden. Die A-Elemente fungieren als Klebstoff, um Übergangsmetallkarbide und/oder -nitride in der geschichteten MAX-Phasenstruktur zusammenzuhalten. Forscher haben seit der Erfindung des ersten MXens, nämlich Ti3C2Tx, im Jahr 2011 mehr als sechzig MXen-Zusammensetzungen entwickelt15, 17 und rechnerisch mehr als hundert potenzielle MXen-Zusammensetzungen vorhergesagt15, 18. Starke chemische Stabilität, effiziente Absorptionskapazität für elektromagnetische Wellen, hohe elektrische Leitfähigkeit und ausgezeichnet Die mechanischen Eigenschaften machten MXene zu vielversprechenden Verstärkungsmaterialien für verschiedene Anwendungen, einschließlich Metallmatrix-Verbundwerkstoffen.

In den letzten Jahren haben Forscher die Verwendung von MXene als Verstärkungsmaterial in verschiedenen Metallen untersucht, darunter Aluminium20, 21, Kupfer22,23,24,25, Nickel26, Titan27 und Magnesiumlegierungen11, 12, und Metallmatrix-Verbundwerkstoffe mit einem breiten Spektrum an Verbesserungen hergestellt Metalleigenschaften. Durch die Zugabe von MXene zur Magnesiumlegierung ZK61 mithilfe eines pulvermetallurgischen Verfahrens wurden die mechanischen Eigenschaften, einschließlich der Druckstreckgrenze, der endgültigen Druckfestigkeit und der Duktilität, erheblich verbessert. Allerdings lässt sich anhand der berichteten Formulierung einer mit MXene verstärkten Magnesiumlegierung, nämlich ZK61-Ti3C2Tx, nicht vorhersagen, wie sich die große Auswahl an verfügbaren MXene auf die große Anzahl bekannter Materialien auf Magnesiumbasis auswirkt. Daher wurde die Initiative ergriffen, das kommerziell reine Magnesium mit selbst entwickelten Nb2CTx-MXenen unter Verwendung des traditionellen Blend-Press-Sinter (BPS)-Pulvermetallurgieverfahrens zu verstärken. Das physikalisch gemischte Magnesium-Nb2CTx-MXenes-Verbundpulver wurde verdichtet und gesintert, um die Wirkung der MXene-Verstärkung auf die Mikrostruktur und die daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften von kommerziell reinem Magnesium zu untersuchen.

In dieser Studie wurden Magnesiumpartikel mit einer Reinheit von über 98,5 % und einem durchschnittlichen Größenbereich von 60–300 μm (von Merck KGaA, Deutschland) mit Nb2CTx-MXenen verstärkt. Die Morphologie der Rohstoffe ist in Abb. 1 dargestellt. Die Nb2CTx-MXene wurden aus ihrem Nb2AlC MAX-Phasenvorläufer unter Verwendung einer zuvor beschriebenen Methode mit geringfügigen Modifikationen synthetisiert28. Im MXene-Syntheseprozess wurde 1 g Nb2AlC MAX-Phase nach und nach zu einer gemischten sauren Ätzlösung (d. h. 5 ml 48 % HF und 15 ml 12 M HCl) in einer Teflonflasche bei 35 °C gegeben. Diese Mischung wurde 10 Minuten lang bei 500 U/min in einem Eisbad gerührt, um eine vorzeitige Metalloxidation zu vermeiden, und anschließend 72 Stunden lang in einem Ölbad bei 50 °C. Die resultierende schwarz gefärbte Suspension wurde bei 6000 U/min zentrifugiert, um das Sedimentprodukt zu sammeln, während die überstehende Flüssigkeit (dh die Lösung aus gelösten Lamellen und Metall) dekantiert wurde. Das hergestellte mehrschichtige Nb2CTx MXen wurde 6 Stunden lang unter ständigem Rühren mit Triethylamin (TEA) als Interkalationsmittel behandelt. Das Produkt wurde bei 2500 U/min zentrifugiert und anschließend mit einer Wasser-Ethanol-Mischung (1:1) im Ultraschallbad gewaschen. Die resultierende Nb2CTx MXene-Suspension wurde zur Verwendung als Verstärkung 2 Stunden lang bei 110 °C vakuumgetrocknet.

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen, die Partikel aus (a) kommerziell reinem Magnesium bzw. (b) Nb2CTX MXen zeigen.

Zur Herstellung eines Verbundmaterials wurde Magnesiumpulver mit Nb2CTx MXene-Partikeln mithilfe einer 8000D Dual Mixer/Mill-Maschine gemischt. Die Maschine wurde 30 Minuten lang bei einer Drehzahl von 200 U/min ohne harte Kugeln betrieben. Die resultierenden gemischten Pulver wurden dann unter Verwendung einer einachsigen hydraulischen Presse unter einem Druck von 450 MPa 2 Minuten lang kalt zu zylindrischen Barren mit einem Durchmesser von 10 mm verdichtet. Die kaltverdichteten Knüppel wurden 90 Minuten lang bei 550 °C (d. h. ~ 0,9 Tmp reines Magnesium) in einer Inertgasumgebung unter Verwendung eines elektrischen Widerstandsheizrohrofens (MTI GSL-1700X, MTI Corporation, USA) gesintert. Dem Sinterprozess folgte eine Ofenkühlung der gesinterten Proben. Als Sinterumgebung wurde inertes Argongas verwendet, um die Oxidation des Magnesiumpulvers zu vermeiden.

Die Dichte (ρ) der gesinterten Mg-Nb2CTx MXene-Verbundproben wurde gemäß dem Archimedes-Prinzip29 gemessen. Die Proben wurden in einer elektronischen Waage Modell AG285 von Mettler Toledo mit einer Genauigkeit von ± 0,0001 g gewogen und als Immersionsflüssigkeit wurde destilliertes Wasser verwendet.

Die mikrostrukturelle Charakterisierung wurde an den metallographisch hergestellten Mg-Nb2CTx-MXene-Verbundproben durchgeführt, um das Nb2CTx-MXene-Verteilungsmuster und ihre Grenzflächenintegrität mit kommerziell reinem Material zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurde das Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FESEM) QUANTA 250 FEG-FEI verwendet, das mit energiedispersiver Spektroskopie (EDS) ausgestattet ist.

Die mechanische Charakterisierung des Mg-Nb2CTx MXene-Verbundwerkstoffs wurde durchgeführt, um die Wirkung von Nb2CTx MXene auf die Makrohärte und das Druckverhalten von kommerziell reinem Magnesium zu untersuchen. Die Makrohärte wurde auf der Oberflächenskala Rockwell 15 T mit einem Rockwell-Härteprüfgerät gemäß der Norm ASTM E18-03 gemessen. Druckverhalten an zylindrischen Proben gemäß ASTM E9-09 (2018) bewertet. Während der Drucktests wurde eine Instron 3367-Maschine mit einer Traversengeschwindigkeit von 0,050 mm/min verwendet.

Zur Verarbeitung eines Nb2CTx MXene-verstärkten kommerziell reinen Magnesiumverbundwerkstoffs wurde die traditionelle Methode der Pulvermetallurgie verwendet, die allgemein als Blend Coat-Press-Sinter (BPS)-Methode bekannt ist. Der Syntheseprozess umfasste die physikalische Trockenbeschichtung der kommerziell reinen Magnesiumpulverpartikel mit 1 Vol.-% Nb2CTx MXene-Partikeln. Die verarbeiteten Knüppel aus Verbundwerkstoff und unverstärktem Magnesium, sowohl in kompakter als auch gesinterter Form, wiesen eine verarbeitungsbedingte, fehlerfreie, glatte Oberfläche auf und hatten die vorgesehene Größe und Form. Die Wirksamkeit der Verarbeitungsparameter wurde durch das Fehlen jeglicher Dimensionsverzerrung und/oder Oberflächenrisse und/oder Orangenhaut und/oder Oxidationsspuren sowohl in der kompakten als auch in der gesinterten Form der Knüppel gerechtfertigt. Die Wirksamkeit des hohen Verdichtungsdrucks (d. h. 450 MPa) und der hohen Sintertemperatur (d. h. 0,9 Tm, k), die bei der Verarbeitung verwendet werden, wird auch durch die nahezu dichten Dichtewerte (siehe Tabelle 1) des mit Nb2CTx MXene verstärkten Magnesiums gerechtfertigt (99,6 %) und das unverstärkte Referenzmaterial (99,1 %). Es ist zu beachten, dass der in dieser Studie verwendete Verdichtungsdruck viel höher war als die Zugfestigkeit von handelsüblichem reinem Magnesium und daher in der Lage war, einen erheblichen plastischen Fluss der Partikel zu induzieren, um den Oberflächenkontakt zwischen den Partikeln durch effektives Entfernen der Zwischenpartikel zu verbessern. Partikel-Mikroporen. Der ausgedehnte verbesserte Oberflächenkontakt zwischen den Partikeln spielte eine wichtige Rolle bei der Herstellung des nahezu dichten Nb2CTx MXene-verstärkten und des unverstärkten Magnesiums während des anschließenden Hochtemperatur-Sinterprozesses30, 31.

Eine mikrostrukturelle Untersuchung des mit Nb2CTx MXene verstärkten, kommerziell reinen Magnesiums ergab, dass die Verstärkungspartikel im kommerziell reinen Magnesium dispergiert waren (siehe Abb. 2a), meist in Kettenform um die Magnesiumpartikel herum, wobei in der Matrix sporadisch Bereiche mit hoher Partikelkonzentration vorhanden waren (siehe Abb. 2b).

Rasterelektronenmikroskopie zeigt (a) die Verteilung von Nb2CTX-MXene-Partikeln (Einschub: Nb-Kartierung) als (b) Kettenform (weiße Partikel) um Magnesiumpartikel mit sporadischen Clustern (rote Kreise) in der Bruchfläche).

Das relativ dünne Verteilungsmuster der Nb2CTx MXene-Partikel im gesinterten Magnesium kann auf die Implementierung geeigneter Mischungsparameter zurückgeführt werden. Aufgrund des großen Unterschieds in den Dichtewerten zwischen Nb2CTx MXene-Partikeln (d. h. 7,65 g/cm3)32 und Magnesiumpartikeln (d. h. 1,74 g/cm3)33. Darüber hinaus kann es in der Regel zu Clustern roher MXen-Partikel in polarer organischer Lösung kommen34, was sich nachteilig auf die elementaren Magnesiumpartikel35 auswirken kann und daher in der Nb2CTx-MXene-Magnesium-Mischstufe nicht verwendet werden kann. Mikrostrukturstudien ergaben auch das Vorhandensein einer defektfreien Grenzfläche zwischen Nb2CTx MXene-Verstärkungspartikeln und der Magnesiummatrix (siehe Abb. 3a). Die Grenzflächenintegrität der Nb2CTx-MXene-Magnesium-Matrix wurde im Hinblick auf Mikrohohlräume und Reaktionsprodukte bewertet. Magnesium weist offenbar eine gute Kompatibilität mit dem Hochtemperatur-Nb2CTx-MXene auf. Es waren keine identifizierbaren Nb2CTx MXene-Magnesium-Reaktionsprodukte in der Grenzfläche vorhanden, was auf das Fehlen einer gegenseitigen Löslichkeit und/oder eines stabilen Reaktionsprodukts zwischen Magnesium und Niob oder Kohlenstoff zurückzuführen ist36. Die gute Kompatibilität und starke Grenzflächenintegrität der Nb2CTx MXene-Verstärkungspartikel mit dem Magnesium wurde auch durch den Bruch der Verstärkungspartikel (siehe Abb. 3b) unterstützt, anstatt dass sie unter angelegter Druckspannung herausgezogen oder gelöst wurden. Es gab jedoch keinen offensichtlichen Einfluss der Nb2CTx-MXene-Partikel auf die Kornmorphologie der Magnesiummatrix, und dies könnte offenbar auf die Clusterbildung der Verstärkung zurückzuführen sein.

Rasterelektronenmikroskopie in Verbindung mit energiedispersiver Röntgenspektrometrie, die die Grenzflächenmorphologie von Mg-Nb2CTX-MXene-Partikeln in gesinterter (a) bzw. gebrochener (b) Form zeigt.

In der mit Nb2CTx MXene-Partikeln verstärkten Magnesiummatrix wurde eine vernachlässigbar minimale Porosität beobachtet (siehe Tabelle 1), was auf den kumulativen Effekt des sehr hohen Verdichtungsdrucks, der längeren Hochtemperatursinterung und der offensichtlich guten Grenzflächenkompatibilität zwischen Magnesium und Nb2CTx MXene zurückzuführen ist Partikel.

Das mechanische Verhalten von gesinterten Nb2CTx-MXene-Partikeln, die mit kommerziell reinem Magnesium verstärkt sind, wurde im Hinblick auf die Makrohärte und den Kompressionstest bis zum Bruch untersucht (siehe Tabelle 2). Die Härte der kommerziell reinen Magnesiummatrix war deutlich erhöht (d. h. 88 %) und kann auf das Vorhandensein relativ härterer Nb2CTx-MXene-Partikel zurückgeführt werden, wie bereits früher festgestellt wurde11, 12.

Nb2CTx MXene-Partikel verbesserten gleichzeitig (siehe Abb. 4 und Tabelle 2) die Druckfestigkeit (11 % bzw. 16 % für Streckgrenze und Endfestigkeit) und Duktilität (9 %) sowie die Zähigkeit (27 %) von kommerziell reinem Magnesium. Die Streckgrenze metallischer Materialien stellt den Schwierigkeitsgrad dar, den permanenten Verformungsprozess einzuleiten, während die Versetzung und/oder die Zugzwillingsbewegung den plastischen Verformungsprozess in Magnesium-basierten Materialien aktiviert. Unter von außen ausgeübter Druckspannung kann das gesinterte Magnesium sehr leicht nachgeben, da es einen relativ niedrigeren Schmid-Faktor erfordert37, 38. Es ist zu beachten, dass die gesinterte Magnesiumstruktur zufällige Texturen entwickelt, die denen der Gussmikrostruktur ähneln, und dass die texturierte Mikrostruktur die Leichtigkeit unterstützt Die Aktivierung der Deformationszugzwillinge führt zu einer relativ geringeren Druckstreckgrenze (dh 92 MPa, was 11 % höher ist als die von unverstärktem Magnesium). Der fortschreitende Versetzungsschlupf und die Deformationszugzwillinge sind der dominierende Deformationsmodus unter Druckspannung und häufen sich an der Verstärkungsgrenze vor der Übertragung auf die nächsten Körner. Neben der Korngrenze schränkt die Nb2CTx-MXene-Partikelverstärkung im Zwischenraum des Magnesiums auch das Fortschreiten des Versetzungsschlupfs und des Deformationszugzwillings ein und trägt zur Kaltverfestigung des verstärkten Magnesiums nach dem Fließen bei. Die Kaltverfestigung führte zu einer angemessenen Druckfestigkeit des verstärkten Magnesiums (130 MPa, was 38 MPa höher ist als die Streckgrenze, aber 16 % höher als die Druckfestigkeit von unlegiertem Magnesium). Thermisch stabile, nicht reaktive, harte, nichtmetallische Partikel als Verstärkung verbessern typischerweise die Festigkeit von Magnesium durch verschiedene Verstärkungsmechanismen, einschließlich Matrixkornverfeinerung, Ungleichheit des Elastizitätsmoduls und des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Matrix und Verstärkung sowie Orowan-Verstärkung6, 7, 11, 12, 29 Unter diesen Verstärkungsmechanismen wird die Streckgrenze von Magnesium am stärksten durch die Verfeinerung der Matrixkörner beeinflusst, und dies wurde in diesem mit Nb2CTx MXene-Partikeln verstärkten kommerziell reinen Magnesium nicht effektiv ausgenutzt. Die Clusterbildung der Nb2CTx-MXene-Partikel begrenzte auch den erwarteten Orowan-Verstärkungseffekt in der gesinterten Magnesiummatrix.

Diagramme, die das Druckspannungs-Dehnungs-Verhalten von mit Magnesium verstärkten gesinterten Nb2CTX-MXene-Partikeln zeigen.

Die Grenze der plastischen Druckverformung (d. h. Duktilität) des gesinterten Magnesiums wird durch die Gesamtstrecke des fortschreitenden Versetzungsschlupfs und der Verformungszugzwillinge39 bestimmt und erwies sich als überlegen (9 % höher), wenn sie mit den Nb2CTx MXene-Partikeln verstärkt wurde . Die Dominanz des Verformungszugzwillings bei der Kaltverfestigung und folglich bei der Druckduktilität wird durch das Vorhandensein eines Scherbandes parallel zur Bruchfläche des mit Nb2CTx MXene-Partikeln verstärkten Magnesiums gestützt (siehe Abb. 5a, b). Es wurde festgestellt, dass das Scherband im mit Nb2CTx MXene-Partikeln verstärkten Magnesium feiner war als im unverstärkten Magnesium (siehe Abb. 6a, b). Die Versetzungsanhäufung an der Korngrenze induzierte offenbar eine zusätzliche Bruchart, nämlich die interkristalline Rissausbreitung im unverstärkten Magnesium (siehe Abb. 6a–c). Die Versetzungsanhäufung war in der mit Nb2CTx MXene-Partikeln verstärkten Magnesium-Bruchfläche scheinbar nicht dominant und der sekundäre Bruchmodus nahm die Form eines sägezahnförmigen Scherbands an40 mit Hilfe der Deformations-Zug-Zwillinge auf der Seite (siehe Abb. 5a, CD). Der Druck-zu-Bruch-Test ergab auch, dass die Kapazität der Energieabsorption bis zum Bruch (gemessen an der Fläche unter dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm) von handelsüblichem reinem Magnesium durch den Einbau von Nb2CTx-MXene-Partikeln als Verstärkung deutlich erhöht wurde (27 %). siehe Abb. 4 und Tabelle 2).

Fraktogramme, die das Scherband als parallele Linie zur Bruchfläche [Zone I in (a), vergrößert in (b)] und die wellenförmige Sägezahnstruktur [Zone II in (a), vergrößert in (c, d)] in gesintertem Nb2CTX zeigen MXene-Partikel verstärkten Magnesium.

Fraktogramme, die das Scherband als parallele Linie zur Bruchfläche [Zone I in (a), vergrößert in (b)] und den interkristallinen Bruch [Zone II in (a), vergrößert in (c)] in gesintertem, unverstärktem Magnesium zeigen.

Mit der traditionellen Blend-Press-Sinter-Technik konnte der kommerziell reine Magnesiumverbundwerkstoff mit einem Volumenprozent Nb2CTx MXene-Verstärkung verarbeitet werden. Nb2CTx MXene war in der Magnesiummatrix chemisch stabil und weist eine ausgezeichnete Grenzflächenintegrität auf. Trotz der angemessenen Dispersion des Nb2CTx-MXens in der Magnesiummatrix waren die in dieser Studie verwendeten Mischmedien und/oder Parameter nicht vollständig wirksam, um die verstärkenden MXene-Cluster aufzulösen. Die hinzugefügte kleine Menge Nb2CTx MXene-Verstärkung war in der Lage, die Gesamthärte und die Druckeigenschaften (d. h. Streckgrenze, Druckfestigkeit, Duktilität und Bruchzähigkeit) der kommerziell reinen Magnesiummatrix zu verbessern.

Experimentelle Daten für diese Studie können auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor angefordert werden.

Mordike, BL & Ebert, T. Magnesium: Eigenschaften – Anwendungen – Potenzial. Mater. Wissenschaft. Ing. A 302, 37–45 (2001).

Artikel Google Scholar

Tan, J., Ramakrishna, S., Camacho, AM & Berto, F. Anwendungen von Magnesium und seinen Legierungen: Ein Überblick. Appl. Wissenschaft. 11, 6861 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Kainer, KU & von Buch, F. Der aktuelle Stand der Technik und Potenzial für die Weiterentwicklung von Magnesiumanwendungen. In Magnesium – Legierungen und Technologie. 1–22 (Wiley, 2004). https://doi.org/10.1002/3527602046.CH1.

Raynor, GV Die physikalische Metallurgie von Magnesium und seinen Legierungen (Pergamon Press, 1959).

Google Scholar

Hassan, SF & Gupta, M. Entwicklung von Nano-Y2O3-haltigen Magnesium-Nanokompositen mittels Erstarrungsprozess. J. Alloys Compd. 429, 176–183 (2007).

Artikel CAS Google Scholar

Hassan, SF et al. Entwicklung eines Verbundwerkstoffs auf Magnesiumbasis ohne Zug-Druck-Asymmetrie unter Verwendung einer TiO2-Nanopartikeldispersion. J. Mater. Res. 33, 130–137 (2018).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Hassan, SF, Tun, KS, Gasem, ZM, Al-Aqeeli, N. & Gupta, M. Einfluss der Hybridverstärkung auf das Hochtemperatur-Zugverhalten von Magnesium-Nanokomposit. Int. J. Mater. Res. 106, 1298–1302 (2015).

Artikel Google Scholar

Xiang, S. et al. Graphen-Nanoplättchen induzierten heterogene bimodale strukturelle Magnesiummatrix-Verbundwerkstoffe mit verbesserten mechanischen Eigenschaften. Wissenschaft. Rep. 6, 38824 (2016).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wang, M. et al. Erzielung hoher Festigkeit und Duktilität im Graphen/Magnesium-Verbundwerkstoff durch einen In-situ-Reaktionsbenetzungsprozess. Carbon NY 139, 954–963 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Han, G. et al. Synthese von CNT-verstärkten AZ31-Magnesiumlegierungsverbundwerkstoffen mit gleichmäßig verteilten CNTs. Mater. Wissenschaft. Ing. A 628, 350–357 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Fan, Y. et al. Auswirkungen der Ti3C2Tx-Größe auf die mechanischen Eigenschaften von Ti3C2Tx/ZK61-Legierungen. Ceram. Int. 49, 5446–5455 (2023).

Artikel CAS Google Scholar

Fan, Y. et al. Auswirkungen von 2D Ti3C2TX (Mxene) auf die mechanischen Eigenschaften der ZK61-Legierung. J. Alloys Compd. 862, 158480 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Zhou, W., Zhou, Z., Guo, S., Fan, Y. & Nomura, N. Struktureller Evolutionsmechanismus beim 3D-Druck von MXene-verstärkten Metallmatrix-Verbundwerkstoffen. Kompositionen. Komm. 29, 101034 (2022).

Artikel Google Scholar

Naguib, M., Mochalin, VN, Barsoum, MW & Gogotsi, Y. Adv. Mater. 26, 992–1005 (2014).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Gogotsi, Y. & Anasori, B. Der Aufstieg von MXenes. ACS Nano 13, 8491–8494.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Barsoum, MW Die MN+1AXN-Phasen: Eine neue Klasse von Feststoffen: Thermodynamisch stabile Nanolaminate. Prog. Festkörperchemie. 28, 201–281 (2000).

Artikel CAS Google Scholar

Petruhins, A., Lu, J., Hultman, L. & Rosen, J. Synthese atomar geschichteter und chemisch geordneter Seltenerd-(RE)-i-MAX-Phasen; (Mo2/3RE1/3)2GaC mit RE = Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu. Mater. Res. Lette. 7, 446–452 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Ashton, M., Hennig, RG, Broderick, SR, Rajan, K. & Sinnott, SB Computergestützte Entdeckung stabiler M2AX-Phasen. Physik. Rev. B 94, 054116 (2016).

Artikel ADS Google Scholar

Naguib, M. et al. Zweidimensionale Nanokristalle, hergestellt durch Abblättern von Ti3AlC2. Adv. Mater. 23, 4248–4253 (2011).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Hu, J. et al. Mechanische Eigenschaften und Reibungswiderstand von mit Ti3C2Tx MXene verstärkten Al-Verbundwerkstoffen. Kinn. Chem. Lette. 31, 996–999 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Wyatt, BC & Anasori, B. Selbstorganisation und In-situ-Charakterisierung von Ti3C2Tx in Al: Ein Schritt in Richtung additiver Fertigung von MXene-Metall-Verbundwerkstoffen. Appl. Mater. Heute 27, 101451 (2022).

Artikel Google Scholar

Si, XY, Chen, FY, Deng, QH, Du, SY & Huang, Q. Herstellung und Eigenschaften von MXEN/Kupferlegierungs-Verbundwerkstoffen. Wuji Cailiao Xuebao/J. Inorg. Mater. 33, 603–608 (2018).

Google Scholar

Li, M., Wang, S., Wang, Q., Ren, F. & Wang, Y. Herstellung, Mikrostruktur und Zugeigenschaften zweidimensionaler MXene-verstärkter Kupfermatrix-Verbundwerkstoffe. Mater. Wissenschaft. Ing. A 803, 140699 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Li, M., Wang, S., Wang, Q., Ren, F. & Wang, Y. Mikrostruktur und Zugeigenschaften von mit Ni-Nanopartikeln modifizierten MXene-verstärkten Kupfermatrix-Verbundwerkstoffen. Mater. Wissenschaft. Ing. A 808, 140932 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Liu, L. et al. Hochleistungsfähige Kupfermatrixmaterialien, verstärkt durch eine nagelbrettartige Struktur aus 2D-Ti3C2Tx-MXene mit in-situ-TiO2-Partikeln. Mater. Wissenschaft. Ing. A 832, 142392 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Cui, Y. et al. Faltige dreidimensionale poröse MXene/Ni-Komposit-Mikrokugeln für eine effiziente Breitband-Mikrowellenabsorption. Carbon NY 181, 58–68 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Liu, ZQ et al. Einblicke in das Verstärkungsverhalten von zweidimensionalen Nanoblättern in Titanmatrix-Verbundwerkstoffen unter Verwendung eines neuartigen MXene/Ti-Verbundpulvers. Mater. Wissenschaft. Ing. A 867, 144752 (2023).

Artikel CAS Google Scholar

Mahar, N., Al-Ahmed, A. & Al-Saadi, AA Synthese von Vanadiumcarbid MXene mit verbessertem Zwischenschichtabstand für die SERS-basierte Quantifizierung von Krebsmedikamenten. Appl. Surfen. Wissenschaft. 607, 155034 (2023).

Artikel CAS Google Scholar

Hassan, SF et al. Außergewöhnliche Verstärkung von Magnesium durch Festkörperdiffusion von Kupfer in einer Mg-0,5Cu-Legierung. JOM 72, 1597–1606 (2020).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Burke, P., Kipouros, GJ, Fancelli, D. & Laverdiere, V. Grundlagen des Sinterns von Magnesiumpulvern. Dürfen. Metall. Q. 48, 123–132 (2009).

Artikel CAS Google Scholar

Burke, P., Petit, C., Vuaroqueaux, V., Doyle, A. & Kipouros, GJ Verarbeitungsparameter und Auswirkungen nach dem Sintern in der Magnesiumpulvermetallurgie. Dürfen. Metall. Q. 50, 240–245 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Niobkarbid Nb2CTx | American Elements®. https://www.americanelements.com/niobium-carbide-nb2ctx-12011-99-3.

Smithells, CJ et al. Smithells Metals Reference Book (Elsevier Butterworth-Heinemann, 2004).

Google Scholar

Maleski, K., Mochalin, VN & Gogotsi, Y. Dispersionen von zweidimensionalem Titancarbid MXen in organischen Lösungsmitteln. Chem. Mater. 29, 1632–1640 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Keirstead, KF Die Reduktion aromatischer Nitroverbindungen durch Magnesium und Methylalkohol. Dürfen. J. Chem. 31, 1064–1077 (1953).

Artikel CAS Google Scholar

Okamoto, H., Schlesinger, ME & Mueller, EM Phasendiagramme binärer Mg (Magnesium)-Legierungen. in Legierungsphasendiagrammen. Bd. 3. 471–478 (ASM International, 2016).

Cáceres, CH & Lukác, P. Kaltverfestigungsverhalten und der Taylor-Faktor von reinem Magnesium. Philos. Mag. 88, 977–989 (2008).

Artikel ADS Google Scholar

Park, SH, Lee, JH, Moon, BG & You, BS Asymmetrie der Spannungs-Druck-Fließgrenze in einer Magnesiumlegierung im Gusszustand. J. Alloys Compd. 617, 277–280 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Kim, GS Kleinvolumige Untersuchung von Schlupf und Zwillingsbildung in Magnesium-Einkristallen. http://www.theses.fr (Universität Grenoble, 2011).

Sagapuram, D. et al. Geometrische Strömungskontrolle von Scherbändern durch Unterdrückung des viskosen Gleitens. Proz. R. Soc. Eine Mathematik. Physik. Ing. Wissenschaft. 472, 20160167 (2016).

ADS Google Scholar

Referenzen herunterladen

Die Autoren danken dem Interdisciplinary Research Centre for Advanced Materials und dem Interdisciplinary Research Center for Renewable Energy and Power Systems der King Fahd University of Petroleum & Minerals, Saudi-Arabien, für die Unterstützung dieser Arbeit.

Interdisziplinäres Forschungszentrum für fortgeschrittene Materialien, King Fahd University of Petroleum and Minerals, 31261, Dhahran, Saudi-Arabien

Das Beste aus S. Fida Hassan und Saheb Nouari

Fakultät für Maschinenbau, King Fahd University of Petroleum and Minerals, 31261, Dhahran, Saudi-Arabien

S. Fida Hassan & Saheb Nouari

Interdisziplinäres Forschungszentrum für erneuerbare Energien und Energiesysteme, King Fahd University of Petroleum and Minerals, 31261, Dhahran, Saudi-Arabien

Amir Al-Ahmed

Fachbereich Chemie, King Fahd University of Petroleum and Minerals, 31261, Dhahran, Saudi-Arabien

Nasurullah Mahar

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

ONO führte die Verarbeitung und Charakterisierung von Verbundwerkstoffen durch. SFH konzipierte die Idee der Arbeit, überwachte die Verarbeitung und Charakterisierung der Verbundstoffe, analysierte das Ergebnis, schrieb und redigierte das Manuskript. AA konzipierte die Idee und überwachte die Synthese von MXene. NM synthetisieren MXene. SN analysierte und überprüfte das Ergebnis.

Korrespondenz mit S. Fida Hassan.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Olalekan, ON, Hassan, SF, Al-Ahmed, A. et al. Nb2CTx MXene-Verstärkung stimulierte die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von Magnesium. Sci Rep 13, 14289 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-41067-8

Zitat herunterladen

Eingegangen: 20. Mai 2023

Angenommen: 21. August 2023

Veröffentlicht: 31. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-41067-8

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein Link zum Teilen verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.