Nový čas pre titán (3)

Nanotwinovaný titán

(pokračovanie)

Minor a Robert Ritchie, profesori materiálovej vedy a strojárstva, nedávno vyvinuli priekopnícku metódu hromadného spracovania na výrobu čistého titánu, ktorá je lacnejšia a poskytuje kov s vyššou pevnosťou v ťahu a ťažnosťou.

profesori Daryl Chrzan, Mark Asta a Andrew Minor stojaci pri elektrónovom mikroskope TEAM I

Profesori materiálovej vedy a inžinierstva (zľava) Daryl Chrzan, Mark Asta a Andrew Minor s projektom TEAM I (Transmission Electron Aberration-corrected Microscope) v Národnom centre pre elektrónovú mikroskopiu v Berkeley Lab. (Foto: Adam Lau / Berkeley Engineering)

Okrem zliatin je ďalším spôsobom, ako posilniť konštrukčné kovy, prispôsobenie veľkosti kryštálov - tiež známych ako zrno - ktoré tvoria kov pomocou tepla a mechanického spracovania, ako je valcovanie alebo lisovanie. Znížením veľkosti zrna na submikrometre alebo nanometre môžu výskumníci zaviesť takzvané nanotwinned štruktúry alebo defekty v kove spôsobené zarovnanými kryštálovými štruktúrami. Nanotwinované štruktúry zlepšujú pevnosť a znižujú riziko zlomenín tým, že pôsobia ako bariéra pre rovinné pošmyknutia. Prispôsobením rozstupu a orientácie nanotwinovaných štruktúr, hovorí Minor, možno mechanické vlastnosti ešte viac optimalizovať. Tradičné metódy však nie sú triviálne ani lacné.

Namiesto toho Minor, Ritchie a kolegovia zaviedli viaceré nanotratové štruktúry v čistom titáne pomocou kryo-mechanického procesu. Použili kúsky titánu v tvare kociek, ktoré boli z troch strán stlačené v tekutom dusíku. Jemné stlačenie, hovorí Minor, riadi hustotu nanotiovaných štruktúr, ktoré posilňujú kov pri zachovaní jeho pôvodnej štruktúry zŕn. Najlepšie zo všetkého je, že tento proces sa nespolieha na intenzívne teplo a možno je to udržateľnejší spôsob výroby titánu pre oveľa širší rozsah aplikácií ako dnes.

Mechanické vlastnosti kryo-kovaného materiálu, konkrétne pevnosť a ťažnosť, sa držia pri extrémne vysokých aj kryogénnych teplotách. Minor hovorí, že vďaka výkonu nanotovaného titánu je ideálny pre veci, ako sú extrémne horúce prúdové motory, ako aj veľmi chladné prevádzkové prostredia, ktoré by naznačovali použitie ako prídržné krúžky pre supravodivé magnety, konštrukčné časti nádrží na skvapalnený zemný plyn, ako aj materiály, ktoré sa majú použiť. vystavené hlbokému oceánu alebo hlbokému vesmírnemu prostrediu.

Na otázku, či by sa nový proces výroby titánu na komerčnej úrovni mohol jedného dňa uviesť do meradla, Minor hovorí, prečo nie? Je ťažšie robiť veci, ako je Krollov proces, ktorý sa dnes používa, kde sa materiál musí elektricky izolovať a celý proces si vyžaduje obrovské množstvo energie. "A toto kryo-kovanie, vieš, my by sme len dávali veci do kúpeľa."