Naujas laikas titanui (2)
Projektavimo strategijos, nutraukiančios deguonies ir atomų maišymo procesą arba skatinančios nanostruktūras, kad būtų išvengta plokščių slydimų kaupimosi, gali padėti sukurti geresnius lydinius. Minor sako, kad šie lydiniai būtų pritaikyti, ypač automobilių ir aviacijos pramonėje.
Krioklinis titanas su nanodvyniais
Profesorius Andrew Minoras pila skystą azotą ant titano mėginio, demonstruodamas krioklinio kalimo procesą, naudojamą kuriant nanodvynių titaną savo laboratorijoje. (Adomo Lau / Berkeley Engineering nuotrauka)
Siekdama išspręsti šias ir kitas problemas, komanda remiasi kompiuterinio modeliavimo, perdavimo elektronų mikroskopijos (TEM) ir kitais vaizdo gavimo būdais bei eksperimentais.
„Vienas iš malonių dalykų šiame projekte yra tai, kad kartais kompiuterininkai ir teoretikai yra šiek tiek priekyje, o kartais eksperimentalistai“, – sako Asta. "Mes dažnai susitinkame ir kalbamės apie savo atradimus ir naujas idėjas."
Pavyzdžiui, komandos atliktas titano jautrumo deguoniui tyrimas paskatino titano, legiruoto su aliuminiu ir deguonimi, tyrimą. Jie nustatė, kad deguonies trapumą galima pašalinti pridedant nedidelį kiekį aliuminio, ypač esant kriogeninei temperatūrai, kuri yra žemesnė nei -150 laipsnių Celsijaus.
Komanda teigia, kad naudojant tik reikiamą aliuminio ir deguonies kiekį, naujas titano kristalų struktūros išdėstymas užkirto kelią deguonies atomų maišymui, dėl kurio atsirastų žalinga išnirimų ir galiausiai lūžių krūva. Be to, kadangi aliuminio įvedimas sumažino bendrą titano jautrumą deguoniui, taip pat sumažėtų perdirbimo sąnaudos norint sukurti tinkamą naudoti metalą.
Dar kitame tyrime grupė nagrinėjo septintojo dešimtmečio tyrimus, rodančius, kad daugelio metalų ir lydinių plastiškumas labai padidėja, kai metalui deformuojantis periodiškai veikia elektros impulsai. Tačiau pagrindiniai mechanizmai, kodėl šis vadinamasis elektroplastiškumas gali būti tiesa, nėra aiškūs.
„Dėl elektroplastiškumo gali sumažėti metalurginio apdorojimo sąnaudos, nes metalui formuoti elektriniais impulsais reikia mažiau energijos, nei kaitinant visą metalą iki aukštos temperatūros, kad būtų pasiektas toks pat formavimas“, – sako Minoras. „Įdomu tai, kad šis elektroplastiškumo efektas yra universalus, nes buvo įrodyta, kad jis veikia iš esmės kiekvienam metalui, ne tik titanui.
Komanda atliko metalo tempimo bandymus trimis skirtingomis sąlygomis: kambario temperatūroje be elektros srovės, periodiniu 100 milisekundžių elektros impulsu ir pastovia srove. Kadangi naudojant elektros srovę metalas kaitinamas, komanda susirūpino, kaip atskirti tik elektros sukeliamus padarinius nuo šilumos sukeliamų.
Jų rezultatai parodė, kad nepaisant to, kad buvo naudojamas mažesnis periodinis impulsas nei ankstesniuose tyrimuose, impulsinės srovės metodas pagerino titano lydinio tempimo pailgėjimą ir didžiausią stiprumą. Jie pažymi, kad šis poveikis buvo būdingas tik impulsinės srovės eksperimentui.
Naudojant TEM, norint pamatyti metalo kristalų struktūros pokyčius, jų rezultatai rodo, kad impulsinės srovės apdorojimas slopina plokštuminius slydimo išnirimus. Tyrėjai nustatė, kad elektrinis impulsas sukietina medžiagą ir trukdo plokšti slydimui, nes išlaiko difuzinį 3D dislokacijos modelį, kuris galiausiai užtikrina didelį stiprumą ir lankstumą.
(Tęsinys)
