O reforço Nb2CTx MXene estimulou a microestrutura e as propriedades mecânicas do magnésio

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 14289 (2023) Citar este artigo

Detalhes das métricas

Neste estudo, o compósito de magnésio comercialmente puro reforçado com Nb2CTx MXene foi processado usando a técnica tradicional de blend-press-sinter. A porcentagem de volume adicionada de Nb2CTx MXene foi bastante dispersa em torno das partículas de magnésio, apesar de ter agrupamento esporádico. O reforço Nb2CTx MXene foi estável e desenvolveu forte ligação interfacial livre de defeitos com a matriz de magnésio. A pequena quantidade de reforço Nb2CTx MXene quimicamente compatível e termicamente estável foi bem-sucedida no aumento da dureza aparente e da resistência ao escoamento à compressão, resistência à compressão, ductilidade e resistência à fratura do magnésio comercialmente puro.

O magnésio (Mg) é um dos elementos abundantemente disponíveis na crosta terrestre e na água do mar. Os materiais à base de magnésio são bem conhecidos por sua baixa densidade e excelentes propriedades mecânicas, tornando-os um candidato atraente para diversas aplicações de engenharia1,2,3,4, desde aeroespacial, defesa, automobilística, esportiva até produtos de consumo. No entanto, a sua inerente fraca resistência à corrosão e baixa rigidez, resistência e ductilidade muitas vezes limitam a sua utilização considerável em aplicações estruturais. Nos últimos anos, os pesquisadores investigaram o uso de materiais de reforço extremamente finos, incluindo diferentes cerâmicas de óxido, nanotubos de carbono e grafeno, para melhorar as propriedades mecânicas das ligas de Mg5,6,7,8,9,10. Porém, um dos materiais de reforço mais promissores entre eles é o MXene11,12,13.

MXenes são uma nova família de materiais bidimensionais (2D) compostos de carbonetos e nitretos de metais de transição com uma fórmula Mn+1XnTx, onde M é um metal de transição, X é carbono ou nitrogênio, T é um grupo de terminação de superfície (como como O, OH, F e/ou Cl) e n é um número inteiro 14,15,16. As n camadas de átomos de carbono ou nitrogênio intercaladas em n + 1 camadas de metais de transição no MXene e são produzidas gravando seletivamente o elemento A (principalmente elementos do grupo IIIA ou IVA da tabela periódica) das fases MAX usando ácido fluorídrico ou outro forte ácidos. Os materiais MXene resultantes possuem uma estrutura em camadas e podem ser facilmente delaminados em finas folhas bidimensionais. Os elementos A atuam como cola para manter carbonetos e/ou nitretos de metais de transição juntos na estrutura da fase MAX em camadas. Os pesquisadores desenvolveram mais de sessenta composições MXene15, 17 e previram computacionalmente mais de cem composições potenciais de MXene15, 18 desde a invenção do primeiro MXene, ou seja, Ti3C2Tx, em 201119. Forte estabilidade química, capacidade eficiente de absorção de ondas eletromagnéticas, alta condutividade elétrica e excelente propriedades mecânicas tornaram o MXene materiais de reforço promissores para diversas aplicações, incluindo compósitos com matriz metálica.

Nos últimos anos, os pesquisadores investigaram o uso do MXene como materiais de reforço em vários metais, incluindo alumínio20, 21, cobre22,23,24,25, níquel26, titânio27 e liga de magnésio11, 12 e produziram compósitos de matriz metálica com uma ampla gama melhorada. propriedades metálicas. A adição de MXene à liga de magnésio ZK61 usando um método de metalurgia do pó melhorou significativamente as propriedades mecânicas, incluindo resistência ao escoamento à compressão, resistência à compressão final e ductilidade. No entanto, a compreensão do efeito da ampla gama de MXene disponíveis no grande número de materiais conhecidos à base de magnésio não pode ser prevista a partir da formulação relatada de liga de magnésio reforçada com MXene, ou seja, ZK61-Ti3C2Tx. Conseqüentemente, a iniciativa foi tomada em estudo para reforçar o magnésio comercialmente puro com Nb2CTx MXenes desenvolvidos internamente usando o processo tradicional de metalurgia do pó blend-press-sinter (BPS). O pó compósito de magnésio-Nb2CTx MXenes fisicamente misturado foi compactado e sinterizado para estudar o efeito do reforço de MXene na microestrutura e nas propriedades mecânicas subsequentes do magnésio comercialmente puro.