Новий час для титану (3)

Нанодвоєникований титан

(Продовження)

Нещодавно Майнор і Роберт Річі, професори матеріалознавства та машинобудування, розробили новаторський метод масової обробки для виробництва чистого титану, який є менш дорогим і дає метал з більшою міцністю на розрив і пластичністю.

професори Деріл Чрзан, Марк Аста та Ендрю Майнор стоять біля електронного мікроскопа TEAM I

Професори матеріалознавства та інженерії (зліва) Деріл Чрзан, Марк Аста та Ендрю Майнор із проектом TEAM I (трансмісійний мікроскоп із корекцією електронних аберацій) у Національному центрі електронної мікроскопії Берклі. (Фото Адама Лау / Berkeley Engineering)

Крім сплавів, ще один спосіб зміцнення конструкційних металів полягає в тому, щоб підібрати розмір кристалів (також відомих як зерна), які складають метал, за допомогою термічної та механічної обробки, такої як прокатка або пресування. Зменшуючи розмір зерен до субмікрометрів або нанометрів, дослідники можуть представити так звані нанодвійникові структури або дефекти в металі, спричинені вирівняними кристалічними структурами. Наноздвоєні структури покращують міцність і знижують ризик руйнування, діючи як бар’єр для планарних ковзань. Майнор каже, що змінюючи відстань і орієнтацію нанодвійникових структур, можна ще більше оптимізувати механічні властивості. Але традиційні методи зробити це не тривіальні та недешеві.

Замість цього Майнор, Річі та їхні колеги за допомогою кріомеханічного процесу представили численні нанодвійникові структури в чистому титані. Вони використовували шматки титану у формі куба, які спресували з трьох сторін у рідкому азоті. М’яке стиснення, каже Майнор, контролює щільність нанодвійникових структур, які зміцнюють метал, зберігаючи його початкову зернисту структуру. Найкраще те, що процес не залежить від сильного нагрівання і, можливо, є більш стійким способом виготовлення титану для набагато ширшого спектру застосувань, ніж сьогодні.

Механічні властивості кріогенного матеріалу, зокрема міцність і пластичність, зберігаються як при надзвичайно високих, так і при кріогенних температурах. Майнор каже, що продуктивність нанодвійникового титану робить його ідеальним для таких речей, як надзвичайно гарячі реактивні двигуни, а також дуже холодні робочі середовища, які запропонують використання, як стопорні кільця для надпровідних магнітів, структурні частини резервуарів для зрідженого природного газу, а також матеріали, які будуть використовуватися. під впливом глибокого океану або глибокого космосу.

Відповідаючи на запитання, чи можна буде незабаром запровадити новий комерційний процес виготовлення титану, Майнор відповів, чому б і ні? Важче робити такі речі, як процес Кролла, який використовується сьогодні, коли матеріал має бути ізольований електрично, а весь процес потребує величезної кількості енергії. «А це кріокування, знаєте, ми б просто клали речі у ванну».