الترشيح الانتقائي

عند وضع سبيكة متجانسة في البداية في حمض قادر على إذابة مكون واحد أو أكثر منها بشكل انتقائي، فإن المكون المتبقي سينتشر ويتجمع في بنية مجهرية فريدة ذات مسامية نانوية. وستكون للمادة الناتجة أربطة، تتكون من المادة المتبقية، محاطة بمسام، وهي فراغات تم ترشيح الذرات منها أو انتشارها.

تطوير المسامية

تمت دراسة كيفية تطور المسامية أثناء عملية إزالة السبائك حسابيًا لفهم مسارات الانتشار على المستوى الذري. ^{[ 4 ]} أولًا، يجب إذابة الذرات الأقل نبلًا بعيدًا عن سطح السبيكة. هذه العملية أسهل بالنسبة للذرات ذات التنسيق المنخفض، أي تلك المرتبطة بعدد أقل من الذرات الأخرى، والتي توجد عادةً كذرات منفردة على السطح ("ذرات ممتزة")، ولكنها أكثر صعوبة بالنسبة للذرات ذات التنسيق العالي، أي تلك الموجودة على "الدرجات" أو في كتلة المادة. وبالتالي، فإن أبطأ خطوة، وهي الأهم في تحديد معدل تطور المسامية، هي إذابة هذه الذرات الأقل نبلًا ذات التنسيق العالي. ^{[ 3 ]} وكما أن المعدن الأقل نبلًا أقل استقرارًا كذرة ممتزة على السطح، كذلك ذرة المعدن الأكثر نبلًا. لذلك، مع تقدم عملية الإذابة، ستنتقل أي ذرات أكثر نبلًا إلى مواقع أكثر استقرارًا، مثل الدرجات، حيث يكون تنسيقها أعلى. ^{[ 3 ]} تشبه عملية الانتشار هذه عملية التفكك الدوراني . ^{[ 3 ]} في النهاية، تتشكل تجمعات من الذرات الأكثر نبلاً بهذه الطريقة، وتذوب الذرات الأقل نبلاً المحيطة بها، تاركةً وراءها "بنية ثنائية الاستمرارية" وموفرةً مسارًا لاستمرار الذوبان في أعماق المعدن. ^{[ 3 ]}

نظراً لصغر حجم العينة نسبياً التي يمكن تحقيقها من خلال إزالة السبائك، غالباً ما يتم فحص الخصائص الميكانيكية لهذه المواد باستخدام التقنيات التالية: ^{[ 5 ]}

• اختبار الصلابة النانوية
• ضغط الميكروبيلار
• اختبار انحراف الجسور
• تجعد الأغشية الرقيقة

من المفاهيم الشائعة في علم المواد أن الخصائص الأصغر (مثل حجم الحبيبات أو الحجم المطلق) تؤدي عمومًا إلى مواد أقوى في الظروف المحيطة (انظر تقوية هال-بيتتش ، وإحصاءات ويبول ). مع ذلك، ونظرًا لارتفاع مستوى المسامية في المواد المُزالة منها السبائك، فإن قوتها وصلابتها تكون منخفضة نسبيًا مقارنةً بنظيراتها في الحالة الصلبة. ^{[ 3 ]} يمكن وصف انخفاض القوة الناتج عن المسامية باستخدام علاقات جيبسون-آشبي (GA)، ^{[ 3 ]} التي تُعطي مقاومة الخضوع ومعامل يونغ للرغوة وفقًا للمعادلات التالية: ^{[ 6 ]}

${\displaystyle \sigma _{y}^{foam}=C_{\sigma }\sigma _{y}^{bulk}(\rho ^{*})^{n_{\sigma }}}$

${\displaystyle E^{رغوة}=C_{E}E^{السائبة}(\rho ^{*})^{n_{E}}}$

أين${\displaystyle C_{\sigma }}$و${\displaystyle C_{E}}$هي ثوابت هندسية،${\displaystyle n_{\sigma }}$و${\displaystyle n_{E}}$وهي أسس تعتمد على البنية المجهرية، و${\displaystyle \rho ^{*}=\rho ^{foam}/\rho ^{bulk}}$هي الكثافة النسبية للرغوة.

يمكن استخدام علاقات GA لتقدير قوة وصلابة مادة مسامية مُزالة السبائك، ولكن كشفت دراسة أكثر شمولاً عن عامل إضافي: حجم الرباط. عندما يكون قطر الرباط أكبر من 100  نانومتر، تؤدي زيادة حجم الرباط إلى توافق أكبر بين تنبؤات GA والقياسات التجريبية لإجهاد الخضوع ومعامل يونغ. ^{[ 7 ]} ومع ذلك، عندما يكون حجم الرباط أقل من 100  نانومتر، وهو أمر شائع جدًا في العديد من عمليات إزالة السبائك، هناك إضافة إلى قوة GA تبدو مشابهة لتقوية هال-بيتتش  للمعادن متعددة البلورات (أي أن إجهاد الخضوع يزداد مع الجذر التربيعي العكسي لحجم الحبيبات). بدمج هذه العلاقة مع علاقة GA السابقة، يمكن تحديد تعبير لإجهاد الخضوع للمواد المُزالة السبائك ذات الأربطة الأصغر من 100 نانومتر: ^{[ 3 ]}

${\displaystyle \sigma _{y}^{foam}=C_{\sigma }A\lambda ^{-m}(\rho ^{*})^{n_{\sigma }}}$

حيث A و m ثابتان يتم تحديدهما تجريبياً، و${\displaystyle \lambda }$حجم الرباط.${\displaystyle \lambda ^{-m}}$يمثل هذا إسهامًا مشابهًا لإسهام هال-بيتتش.

توجد نظريتان لتفسير هذه الزيادة في المتانة: 1) تقلّ احتمالية وجود الانخلاعات في أحجام العينات الصغيرة، لذا يتطلب التشوه تنشيط مصادرها (وهي عملية أكثر صعوبة)، أو 2) تتراكم الانخلاعات، مما يُقوّي المادة. في كلتا الحالتين، ستكون هناك تأثيرات سطحية وحجمية كبيرة في الأربطة التي يقل حجمها عن 100  نانومتر، مما يؤدي إلى هذه الزيادة في إجهاد الخضوع. ^{[ 7 ]} لم تُدرس العلاقة بين حجم الرباط ومعامل يونغ بعد علاقة GA. ^{[ 3 ]}

في بعض الأحيان، تعني الطبيعة غير المستقرة لهذه المواد أن الأربطة في البنية قد "تنفصل" بسبب الانتشار السطحي، مما يقلل من ترابط البنية، ويقلل من قوة المادة التي تم إزالة السبائك منها بما يتجاوز ما هو متوقع من المسامية وحدها (كما تنبأت به علاقات جيبسون-آشبي ). ^{[ 8 ]}