Un nou timp pentru titan (2)
Strategiile de proiectare care întrerup procesul de amestecare a atomului de oxigen sau promovează nanostructurile pentru a opri acumularea alunecărilor plane ar putea duce la aliaje mai bune. Aceste aliaje ar avea aplicații, în special în industria auto și aerospațială, spune Minor.
Crioforjare titan nanotwinned
Profesorul Andrew Minor toarnă azot lichid pe o probă de titan, demonstrând procesul de crioforjare folosit pentru a crea titan nanotwinn în laboratorul său. (Fotografia de Adam Lau / Berkeley Engineering)
Pentru a aborda aceste probleme și alte probleme, echipa se bazează pe o combinație de modelare computerizată, microscopie electronică de transmisie (TEM) și alte modalități de imagistică și experimente.
„Unul dintre lucrurile care a fost drăguță la acest proiect este că, uneori, computaționaliștii și teoreticienii sunt puțin înainte, iar alteori sunt experimentaliștii”, spune Asta. „Ne întâlnim frecvent și vorbim despre descoperirile noastre și despre noile noastre idei”.
Studiul echipei asupra sensibilității la oxigen a titanului, de exemplu, a condus la un studiu al titanului aliat cu aluminiu și oxigen. Ei au descoperit că fragilizarea prin oxigen ar putea fi eliminată prin adăugarea de cantități mici de aluminiu, în special la temperaturi criogenice, care sunt sub -150 grade Celsius.
Cu cantitățile potrivite de aluminiu și oxigen, spune echipa, o nouă ordonare a structurii de cristal de titan a prevenit o amestecare a atomilor de oxigen care ar duce la o grămadă dăunătoare de dislocații și, în cele din urmă, fracturi. În plus, deoarece introducerea aluminiului a redus sensibilitatea la oxigen a titanului în general, costurile de procesare pentru a crea un metal utilizabil ar fi, de asemenea, reduse.
Într-un alt studiu, echipa a analizat cercetările din anii 1960 care arată că multe metale și aliaje prezintă creșteri dramatice ale ductilității atunci când sunt supuse unor impulsuri electrice periodice în timpul deformării metalului. Cu toate acestea, mecanismele de bază ale motivului pentru care această așa-numită electroplasticitate ar putea fi adevărată nu sunt clare.
„Electroplasticitatea poate duce la costuri reduse pentru prelucrarea metalurgică, deoarece este nevoie de mai puțină energie pentru a forma metalul cu impulsuri electrice decât încălzirea întregului metal până la o temperatură ridicată pentru a obține aceeași formabilitate”, spune Minor. „Interesant, acest efect al electroplasticității este universal prin faptul că s-a dovedit că funcționează în esență pentru fiecare metal, nu doar pentru titan”.
Echipa a efectuat teste de tracțiune ale metalului în trei condiții diferite: temperatura camerei fără curent electric, cu un impuls electric periodic de 100 de milisecunde și cu un curent constant. Deoarece aplicarea curentului electric încălzește metalul, echipa a fost îngrijorată să distingă efectele cauzate exclusiv de electricitate de cele cauzate de căldură.
Rezultatele lor au arătat că, în ciuda utilizării unui impuls periodic mai mic decât studiile anterioare, metoda cu curent pulsat a îmbunătățit alungirea la tracțiune a aliajului de titan, precum și rezistența maximă a acestuia. Ei observă că acest efect a fost specific doar experimentului cu curent pulsat.
Cu ajutorul TEM pentru a vedea modificări în structura cristalului metalului, rezultatele lor sugerează că tratamentul cu curent pulsat suprimă dislocațiile plane de alunecare. Cercetătorii au descoperit că pulsul electric întărește materialul și frustrează dezvoltarea alunecării plane prin menținerea unui model difuz, de dislocare 3D, care oferă în cele din urmă rezistență și ductilitate ridicate.
(De continuat)