Nový čas pre titán (2)
Dizajnové stratégie, ktoré prerušia proces miešania atómov kyslíka alebo podporujú nanoštruktúry, aby zabránili hromadeniu planárnych sklzov, by mohli viesť k lepším zliatinám. Tieto zliatiny by našli uplatnenie najmä v automobilovom a leteckom priemysle, hovorí Minor.
Kryokovový nanotwinovaný titán
Profesor Andrew Minor naleje tekutý dusík na vzorku titánu, čím demonštruje proces kryo-kovania, ktorý sa používa na vytvorenie nanotratovaného titánu v jeho laboratóriu. (Foto: Adam Lau / Berkeley Engineering)
Na riešenie týchto a ďalších problémov sa tím spolieha na kombináciu počítačového modelovania, transmisnej elektrónovej mikroskopie (TEM) a iných zobrazovacích modalít a experimentov.
"Jedna z vecí, ktoré sú na tomto projekte pekné, je to, že niekedy sú výpočtoví experti a teoretici trochu vpredu a inokedy sú to experimentátori," hovorí Asta. "Často sa stretávame a hovoríme o našich zisteniach a nových nápadoch."
Tímová štúdia citlivosti titánu na kyslík napríklad viedla k štúdiu titánu legovaného hliníkom a kyslíkom. Zistili, že krehnutie kyslíkom sa dá eliminovať pridaním malého množstva hliníka, najmä pri kryogénnych teplotách, ktoré sú nižšie ako -150 stupňov Celzia.
S tým správnym množstvom hliníka a kyslíka, hovorí tím, nové usporiadanie štruktúry titánových kryštálov zabránilo miešaniu atómov kyslíka, čo by viedlo k škodlivému nahromadeniu dislokácií a nakoniec zlomeninám. A čo viac, pretože zavedenie hliníka celkovo znížilo citlivosť titánu na kyslík, znížili by sa aj náklady na spracovanie na vytvorenie použiteľného kovu.
V ďalšej štúdii sa tím zameral na výskum siahajúci do 60. rokov 20. storočia, ktorý ukázal, že mnohé kovy a zliatiny vykazujú dramatický nárast ťažnosti, keď sú vystavené periodickým elektrickým impulzom počas deformácie kovu. Avšak základné mechanizmy, prečo by táto takzvaná elektroplasticita mohla byť pravdivá, nie sú jasné.
"Elektroplasticita môže viesť k zníženiu nákladov na metalurgické spracovanie, pretože na vytvorenie kovu pomocou elektrických impulzov je potrebné menej energie ako zahriatie celého kovu na vysokú teplotu, aby sa dosiahla rovnaká tvarovateľnosť," hovorí Minor. "Je zaujímavé, že tento efekt elektroplasticity je univerzálny v tom, že sa ukázalo, že funguje v podstate pre každý kov, nielen pre titán."
Tím vykonal ťahové skúšky kovu za troch rôznych podmienok: izbová teplota bez elektrického prúdu, s periodickým elektrickým impulzom v trvaní 100 milisekúnd a s konštantným prúdom. Pretože aplikácia elektrického prúdu zahrieva kov, tím sa obával rozlíšenia účinkov spôsobených výlučne elektrinou od účinkov spôsobených teplom.
Ich výsledky ukázali, že napriek použitiu menšieho periodického pulzu ako predchádzajúce štúdie, metóda pulzného prúdu zlepšila predĺženie titánovej zliatiny v ťahu, ako aj jej maximálnu pevnosť. Poznamenávajú, že tento účinok bol špecifický iba pre experiment s pulzným prúdom.
S pomocou TEM vidieť zmeny v kryštálovej štruktúre kovu, ich výsledky naznačujú, že ošetrenie pulzným prúdom potláča planárne sklzové dislokácie. Vedci zistili, že elektrický impulz vytvrdzuje materiál a bráni rozvoju rovinného sklzu tým, že zachováva difúzny, 3D dislokačný vzor, ktorý v konečnom dôsledku poskytuje vysokú pevnosť a ťažnosť.
(pokračovanie)