Uus aeg titaani jaoks (3)
Nanotwind titaan
(jätkub)
Hiljuti töötasid materjaliteaduse ja masinaehituse professorid Minor ja Robert Ritchie välja teedrajava hulgitöötlemismeetodi puhta titaani valmistamiseks, mis on odavam ja annab suurema tõmbetugevuse ja plastilisusega metalli.
professorid Daryl Chrzan, Mark Asta ja Andrew Minor seisavad TEAM I elektronmikroskoobi juures
Materjaliteaduse ja inseneriteaduse professorid (vasakult) Daryl Chrzan, Mark Asta ja Andrew Minor projektiga TEAM I (Transmission Electron Aberration-corrected Microscope) Berkeley Labi riiklikus elektronmikroskoopia keskuses. (Foto Adam Lau / Berkeley Engineering)
Lisaks sulamitele on veel üks viis struktuursete metallide tugevdamiseks kohandada metalli moodustavate kristallide suurust (tuntud ka kui tera), kasutades kuumust ja mehaanilist töötlemist, näiteks valtsimist või pressimist. Vähendades tera suurust submikromeetrite või nanomeetriteni, saavad teadlased kasutusele võtta nn nanotwinned struktuurid ehk metalli defektid, mis on põhjustatud joondatud kristallstruktuuridest. Nanopõimitud struktuurid parandavad tugevust ja vähendavad murdumisohtu, toimides tasapinnaliste libisemiste tõkkena. Minori sõnul saab nanomehaaniliste struktuuride vahekauguse ja orientatsiooni kohandamisega mehaanilisi omadusi veelgi optimeerida. Kuid traditsioonilised meetodid selle tegemiseks pole triviaalsed ega odavad.
Selle asemel tutvustasid Minor, Ritchie ja tema kolleegid krüomehaanilise protsessi abil puhtas titaanis mitut nanotüvendatud struktuuri. Nad kasutasid kuubikujulisi titaanitükke, mis suruti kolmest küljest vedelas lämmastikus. Minori sõnul kontrollib õrn kokkusurumine nanotüvendatud struktuuride tihedust, mis tugevdavad metalli, säilitades samal ajal selle esialgse terastruktuuri. Mis kõige parem, protsess ei sõltu intensiivsest kuumusest ja võib-olla säästvamast viisist titaani valmistamiseks palju laiemale kasutusalale kui praegu.
Krüo-sepistatud materjali mehaanilised omadused, eriti tugevus ja elastsus, püsivad nii väga kõrgetel kui ka krüogeensetel temperatuuridel. Minor ütleb, et nanotündatud titaani jõudlus muudab selle ideaalseks nii eriti kuumade reaktiivmootorite kui ka väga külmade töökeskkondade jaoks, mis viitavad sellistele kasutusaladele nagu ülijuhtivate magnetite kinnitusrõngad, veeldatud maagaasi mahutite konstruktsiooniosad ja materjalid. kokku puutunud sügava ookeani või süvakosmose keskkonnaga.
Küsimusele, kas uue kaubandusliku kvaliteediga titaani tootmisprotsessi võidakse ühel päeval varsti mastaapse viia, vastab Minor, et miks mitte? Raskem on teha selliseid asju nagu tänapäeval kasutatav Krolli protsess, kus materjal tuleb elektriliselt isoleerida ja kogu protsess võtab tohutult energiat. "Ja see krüo-sepistamine, teate, me paneks asjad lihtsalt vanni."
