Új idő a titán számára (2)
Azok a tervezési stratégiák, amelyek megszakítják az oxigénatomok keverési folyamatát, vagy elősegítik a nanostruktúrák létrehozását, hogy megakadályozzák a síkbeli csúszások felhalmozódását, jobb ötvözeteket eredményezhetnek. Minor szerint ezeknek az ötvözeteknek van alkalmazása, különösen az autóiparban és a repülőgépiparban.
Kriokovácsolt nanoiker titán
Andrew Minor professzor folyékony nitrogént önt egy titánmintára, bemutatva azt a kriokovácsolási eljárást, amelyet a nano-twinned titán előállításához használt laboratóriumában. (Fotó: Adam Lau / Berkeley Engineering)
Ezen és más problémák megoldása érdekében a csapat számítógépes modellezésre, transzmissziós elektronmikroszkópiára (TEM) és egyéb képalkotási módokra és kísérletekre támaszkodik.
"Az egyik jó dolog ebben a projektben, hogy néha a számítástechnikusok és a teoretikusok egy kicsit előrébb járnak, máskor pedig a kísérletezők" - mondja Asta. "Gyakran találkozunk, és megbeszéljük eredményeinket és új ötleteinket."
A titán oxigénérzékenységének vizsgálata például az alumíniummal és oxigénnel ötvözött titán vizsgálatához vezetett. Azt találták, hogy az oxigén ridegsége kiküszöbölhető kis mennyiségű alumínium hozzáadásával, különösen kriogén hőmérsékleten, amely -150 Celsius-fok alatt van.
A megfelelő mennyiségű alumínium és oxigén mellett a csapat szerint a titán kristályszerkezetének új elrendezése megakadályozta az oxigénatomok összekeveredését, ami káros elmozdulásokhoz és végül törésekhez vezetett. Sőt, mivel az alumínium bevezetése összességében csökkentette a titán oxigénérzékenységét, a használható fém előállításának feldolgozási költségei is csökkennének.
Egy másik tanulmányban a csapat az 1960-as évekig visszamenőleg végzett kutatásokat vizsgált, amelyek kimutatták, hogy sok fém és ötvözet rugalmassága drámai mértékben megnövekszik, ha a fém deformációja során periodikus elektromos impulzusoknak vannak kitéve. Nem világos azonban, hogy miért lehet igaz ez az úgynevezett elektroplaszticitás.
"Az elektroplasztikusság csökkentheti a kohászati feldolgozás költségeit, mivel kevesebb energiát vesz igénybe a fém elektromos impulzusokkal történő formálása, mint a teljes fém magas hőmérsékletre történő felmelegítése azonos alakíthatóság elérése érdekében" - mondja Minor. "Érdekes módon az elektroplaszticitásnak ez a hatása univerzális, mivel kimutatták, hogy gyakorlatilag minden fémre működik, nem csak a titánra."
A csapat három különböző körülmény között végezte el a fém szakítóvizsgálatát: szobahőmérsékleten elektromos áram nélkül, 100 ezredmásodperces időszakos elektromos impulzussal és állandó áramerősséggel. Mivel az elektromos áram alkalmazása felmelegíti a fémet, a csapat aggódott, hogy megkülönböztesse a kizárólag elektromosság által okozott hatásokat a hő okozta hatásoktól.
Eredményeik azt mutatták, hogy annak ellenére, hogy a korábbi vizsgálatoknál kisebb periodikus impulzust alkalmaztak, az impulzusáramú módszer javította a titánötvözet szakító nyúlását és maximális szilárdságát. Megjegyzik, hogy ez a hatás csak az impulzusáramú kísérletre volt jellemző.
A TEM segítségével a fém kristályszerkezetében bekövetkezett változások megfigyelésére eredményeik arra utalnak, hogy az impulzusáramú kezelés elnyomja a síkbeli csúszási diszlokációkat. A kutatók azt találták, hogy az elektromos impulzus megkeményíti az anyagot, és meghiúsítja a síkbeli csúszás kialakulását azáltal, hogy fenntart egy diffúz, 3D diszlokációs mintát, amely végső soron nagy szilárdságot és rugalmasságot biztosít.
(Folytatás következik)
