Jauns laiks titānam (2)
Projektēšanas stratēģijas, kas pārtrauc skābekļa atomu sajaukšanas procesu vai veicina nanostruktūras, lai apturētu plakanu slīdēšanu, varētu radīt labākus sakausējumus. Minor saka, ka šiem sakausējumiem būtu pielietojums, jo īpaši automobiļu un kosmosa rūpniecībā.
Kriokalšanas nanodvīņots titāns
Profesors Endrjū Minors ielej šķidro slāpekli uz titāna parauga, demonstrējot kriokalšanas procesu, ko izmanto, lai savā laboratorijā izveidotu nanosvītrotu titānu. (Fotogrāfija: Adam Lau / Berkeley Engineering)
Lai risinātu šīs un citas problēmas, komanda paļaujas uz datormodelēšanas, transmisijas elektronu mikroskopijas (TEM) un citām attēlveidošanas metodēm un eksperimentiem.
"Viena no lietām, kas ir bijusi patīkama šajā projektā, ir tā, ka dažreiz skaitļošanas speciālisti un teorētiķi ir nedaudz priekšā, bet citreiz eksperimentālisti," saka Asta. "Mēs bieži tiekamies un runājam par saviem atklājumiem un jaunajām idejām."
Piemēram, komandas pētījums par titāna skābekļa jutību noveda pie pētījuma par titānu, kas sakausēts ar alumīniju un skābekli. Viņi atklāja, ka skābekļa trauslumu var novērst, pievienojot nelielu daudzumu alumīnija, īpaši kriogēnā temperatūrā, kas ir zemāka par -150 grādiem pēc Celsija.
Ar pareizo alumīnija un skābekļa daudzumu, komanda saka, ka jauna titāna kristāla struktūras secība novērsa skābekļa atomu sajaukšanos, kas izraisītu postošu izmežģījumu un galu galā lūzumu kopumu. Turklāt, tā kā alumīnija ieviešana kopumā samazināja titāna jutību pret skābekli, tiktu samazinātas arī apstrādes izmaksas, lai izveidotu izmantojamu metālu.
Vēl vienā pētījumā komanda aplūkoja 1960. gados veiktos pētījumus, kas liecina, ka daudziem metāliem un sakausējumiem ir dramatiski palielināta elastība, ja metāla deformācijas laikā tie tiek pakļauti periodiskiem elektriskiem impulsiem. Tomēr pamatmehānismi, kāpēc šī tā sauktā elektroplastiskums varētu būt patiess, nav skaidri.
"Elektroplastiskums var samazināt metalurģiskās apstrādes izmaksas, jo metāla veidošanai ar elektriskiem impulsiem ir nepieciešams mazāk enerģijas nekā visa metāla karsēšanai līdz augstai temperatūrai, lai panāktu tādu pašu formējamību," saka Minors. "Interesanti, ka šis elektroplastiskuma efekts ir universāls, jo ir pierādīts, ka tas darbojas būtībā ar katru metālu, ne tikai titānu."
Komanda veica metāla stiepes testus trīs dažādos apstākļos: istabas temperatūrā bez elektriskās strāvas, ar periodisku elektrisko impulsu 100 milisekundēs un ar pastāvīgu strāvu. Tā kā elektriskā strāva silda metālu, komanda bija noraizējusies par to, kā atšķirt tikai elektrības radītās sekas no siltuma radītajām sekām.
Viņu rezultāti parādīja, ka, neskatoties uz to, ka tika izmantots mazāks periodisks impulss nekā iepriekšējie pētījumi, impulsa strāvas metode uzlaboja titāna sakausējuma stiepes pagarinājumu, kā arī tā maksimālo izturību. Viņi atzīmē, ka šis efekts bija raksturīgs tikai impulsu strāvas eksperimentam.
Ar TEM palīdzību, lai redzētu izmaiņas metāla kristāla struktūrā, to rezultāti liecina, ka impulsu strāvas apstrāde nomāc plakanās slīdēšanas dislokācijas. Pētnieki atklāja, ka elektriskais impulss sacietē materiālu un izjauc plakanās slīdēšanas attīstību, saglabājot difūzu, 3D dislokācijas modeli, kas galu galā nodrošina augstu izturību un elastību.
(Turpinājums)