Un nou timp pentru titan (3)

Titan nanotwinned

(Continuare)

Cel mai recent, Minor și Robert Ritchie, profesori de știința materialelor și inginerie mecanică, au dezvoltat o metodă inovatoare de prelucrare în vrac pentru a face titan pur, care este mai puțin costisitor și dă un metal cu rezistență la tracțiune și ductilitate mai mari.

profesorii Daryl Chrzan, Mark Asta și Andrew Minor stând lângă microscopul electronic TEAM I

Profesori de știință și inginerie a materialelor (de la stânga) Daryl Chrzan, Mark Asta și Andrew Minor cu proiectul TEAM I (Transmission Electron Aberration-Corrected Microscope) de la Centrul Național de Microscopie Electron din Berkeley Lab. (Fotografia de Adam Lau / Berkeley Engineering)

În afară de aliaje, o altă modalitate de a întări metalele structurale este de a adapta dimensiunea cristalelor - cunoscute și sub denumirea de granule - care alcătuiesc metalul prin utilizarea căldurii și procesării mecanice, cum ar fi laminarea sau presarea. Prin reducerea mărimii granulelor la sub-micrometre sau nanometri, cercetătorii pot introduce așa-numitele structuri nanotwinned sau defecte ale metalului cauzate de structurile cristaline aliniate. Structurile nanotwinned îmbunătățesc rezistența și reduc riscul de fractură, acționând ca o barieră pentru alunecări plane. Prin adaptarea distanței și orientării structurilor nanotwinned, spune Minor, proprietățile mecanice pot fi optimizate și mai mult. Dar metodele tradiționale de a face acest lucru nu sunt nici banale, nici ieftine.

În schimb, Minor, Ritchie și colegii au introdus mai multe structuri nanotwinned din titan pur prin intermediul unui proces crio-mecanic. Au folosit bucăți de titan în formă de cub care au fost presate de-a lungul a trei laturi în azot lichid. Compresia ușoară, spune Minor, controlează densitatea structurilor nanotwinned care întăresc metalul, păstrând în același timp structura inițială a granulelor. Cel mai bine, procesul nu se bazează pe căldură intensă și poate pe o modalitate mai durabilă de a face titan pentru o gamă mult mai largă de aplicații decât în ​​prezent.

Proprietățile mecanice ale materialului crioforjat, în special rezistența și ductilitatea, se mențin la temperaturi extrem de ridicate, precum și la temperaturi criogenice. Minor spune că performanța titanului nanotwinned îl face ideal pentru lucruri precum motoarele cu reacție extrem de fierbinți, precum și mediile de operare foarte reci, care ar sugera utilizări cum ar fi inele de reținere pentru magneți supraconductori, părți structurale ale rezervoarelor de gaz natural lichefiat, precum și materiale care urmează să fie expus la medii oceanice adânci sau spațiale adânci.

Întrebat dacă noul proces de fabricare a titanului de calitate comercială ar putea fi adus la scară într-o zi în curând, Minor spune, de ce nu? Este mai greu să faci lucruri precum procesul Kroll care este folosit astăzi, unde materialul trebuie izolat electric și întregul proces necesită cantități masive de energie. „Și crioforjarea asta, știi, am pune lucrurile într-o baie”.