Новий час для титану (2)
Стратегії проектування, які переривають процес переміщення атомів кисню або сприяють створенню наноструктур для запобігання накопиченню планарних ковзань, можуть призвести до кращих сплавів. Ці сплави знайдуть застосування, особливо в автомобільній та аерокосмічній промисловості, каже Майнор.
Кріокування нанодвойникового титану
Професор Ендрю Майнор наливає рідкий азот на зразок титану, демонструючи процес кріокування, який використовується для створення нанодвійникового титану в його лабораторії. (Фото Адама Лау / Berkeley Engineering)
Щоб вирішити ці та інші проблеми, команда покладається на поєднання комп’ютерного моделювання, трансмісійної електронної мікроскопії (ТЕМ) та інших методів візуалізації та експериментів.
«Одна з приємних речей у цьому проекті полягає в тому, що інколи обчислювачі й теоретики йдуть трохи попереду, а іноді — експериментатори», — каже Аста. «Ми часто зустрічаємось і говоримо про наші відкриття та нові ідеї».
Дослідження команди чутливості титану до кисню, наприклад, призвело до дослідження титану, легованого алюмінієм і киснем. Вони виявили, що кисневу крихкість можна усунути, додавши невелику кількість алюмінію, особливо при кріогенних температурах, які нижчі за -150 градусів Цельсія.
Команда каже, що за допомогою потрібної кількості алюмінію та кисню нове впорядкування кристалічної структури титану запобігло переміщенню атомів кисню, яке призвело б до шкідливого нагромадження дислокацій і, зрештою, розломів. Більш того, оскільки введення алюмінію знизило чутливість титану до кисню в цілому, витрати на обробку для створення придатного для використання металу також будуть зменшені.
У ще одному дослідженні команда розглянула дослідження 1960-х років, які показали, що багато металів і сплавів демонструють різке збільшення пластичності під час періодичних електричних імпульсів під час деформації металу. Однак основні механізми того, чому ця так звана електропластичність може бути правдою, не ясні.
«Електропластичність може призвести до зниження витрат на металургійну обробку, оскільки для формування металу за допомогою електричних імпульсів потрібно менше енергії, ніж для нагрівання всього металу до високої температури для досягнення такої ж формоздатності», — каже Майнор. «Цікаво, що цей ефект електропластичності є універсальним, оскільки було показано, що він працює практично для всіх металів, а не лише для титану».
Команда провела випробування металу на розтяг у трьох різних умовах: кімнатна температура без електричного струму, періодичний електричний імпульс тривалістю 100 мілісекунд і постійний струм. Оскільки застосування електричного струму нагріває метал, команда хвилювалася про те, щоб відрізнити ефекти, викликані виключно електрикою, від ефектів, викликаних теплом.
Їхні результати показали, що, незважаючи на використання меншого періодичного імпульсу, ніж у попередніх дослідженнях, метод імпульсного струму покращив подовження при розтягуванні титанового сплаву, а також його максимальну міцність. Вони зазначають, що цей ефект був характерним лише для експерименту з імпульсним струмом.
За допомогою ПЕМ, щоб побачити зміни в кристалічній структурі металу, їхні результати свідчать про те, що обробка імпульсним струмом пригнічує плоскі дислокації ковзання. Дослідники виявили, що електричний імпульс зміцнює матеріал і перешкоджає розвитку плоского ковзання, зберігаючи дифузну тривимірну картину дислокації, яка в кінцевому підсумку забезпечує високу міцність і пластичність.
(Продовження буде)
