Nowy czas dla tytanu (3)

Nanotwiniony tytan

(Dalszy)

Niedawno Minor i Robert Ritchie, profesorowie inżynierii materiałowej i inżynierii mechanicznej, opracowali pionierską metodę przetwarzania masowego, aby uzyskać czysty tytan, który jest tańszy i daje metal o większej wytrzymałości na rozciąganie i ciągliwości.

profesorowie Daryl Chrzan, Mark Asta i Andrew Minor stojący przy mikroskopie elektronowym TEAM I

Profesorowie nauk o materiałach i inżynierii (od lewej) Daryl Chrzan, Mark Asta i Andrew Minor w projekcie TEAM I (Mikroskop z korekcją transmisyjnej aberracji elektronowej) w Narodowym Centrum Mikroskopii Elektronowej w Berkeley Lab. (Zdjęcie: Adam Lau / Berkeley Engineering)

Oprócz stopów innym sposobem wzmacniania metali konstrukcyjnych jest dostosowanie rozmiaru kryształów – zwanych również ziarnami – tworzących metal, poprzez zastosowanie obróbki cieplnej i mechanicznej, takiej jak walcowanie lub prasowanie. Zmniejszając wielkość ziaren do submikrometrów lub nanometrów, badacze mogą wprowadzić tak zwane struktury nanotwinione, czyli defekty w metalu spowodowane przez wyrównane struktury kryształów. Nanotwinione struktury zwiększają wytrzymałość i zmniejszają ryzyko pękania, działając jako bariera dla płaskich poślizgów. Minor twierdzi, że dopasowując odstępy i orientację nanostruktur, można jeszcze bardziej zoptymalizować właściwości mechaniczne. Jednak tradycyjne metody nie są ani trywialne, ani tanie.

Zamiast tego Minor, Ritchie i współpracownicy wprowadzili wiele nanowinnych struktur w czystym tytanie za pomocą procesu kriomechanicznego. Użyli kawałków tytanu w kształcie sześcianów, które sprasowano z trzech stron w ciekłym azocie. Delikatna kompresja, mówi Minor, kontroluje gęstość nanotwinionych struktur, które wzmacniają metal, zachowując jednocześnie jego pierwotną strukturę ziarnistą. A co najlepsze, proces ten nie opiera się na intensywnym ogrzewaniu i jest być może bardziej zrównoważonym sposobem wytwarzania tytanu do znacznie szerszego zakresu zastosowań niż obecnie.

Właściwości mechaniczne materiału kriokutego, w szczególności wytrzymałość i ciągliwość, utrzymują się w ekstremalnie wysokich, a także kriogenicznych temperaturach. Minor twierdzi, że wydajność nanotwinionego tytanu sprawia, że ​​idealnie nadaje się on do zastosowań takich jak bardzo gorące silniki odrzutowe, a także bardzo zimne środowiska pracy, co sugeruje zastosowania takie jak pierścienie ustalające magnesów nadprzewodzących, części konstrukcyjne zbiorników na skroplony gaz ziemny, a także materiały do ​​obróbki. narażone na działanie środowiska głębokiego oceanu lub głębokiej przestrzeni kosmicznej.

Zapytany, czy pewnego dnia nowy proces produkcji tytanu do zastosowań komercyjnych będzie mógł zostać wdrożony na dużą skalę, Minor odpowiada: dlaczego nie? Trudniej jest wykonywać takie rzeczy, jak obecnie stosowany proces Krolla, w którym materiał musi być izolowany elektrycznie, a cały proces wymaga ogromnych ilości energii. „I to kriokucie, wiesz, po prostu wrzucalibyśmy rzeczy do kąpieli”.