Новое время для титана (3)
Нанодвойник титана
(Продолжение)
Совсем недавно Майнор и Роберт Ритчи, профессора материаловедения и машиностроения, разработали новаторский метод массовой обработки, позволяющий производить чистый титан, который является менее дорогим и дает металл с большей прочностью на разрыв и пластичностью.
профессора Дэрил Хрзан, Марк Аста и Эндрю Майнор стоят у электронного микроскопа TEAM I
Профессора материаловедения и инженерии (слева направо) Дэрил Хрзан, Марк Аста и Эндрю Майнор с проектом TEAM I (просвечивающий микроскоп с коррекцией электронной аберрации) в Национальном центре электронной микроскопии лаборатории Беркли. (Фото Адама Лау / Berkeley Engineering)
Помимо сплавов, еще одним способом упрочнения конструкционных металлов является изменение размера кристаллов, также известных как зерно, из которых состоит металл, с помощью тепловой и механической обработки, такой как прокатка или прессование. Уменьшая размер зерна до субмикрометров или нанометров, исследователи могут создавать так называемые нанодвойниковые структуры или дефекты в металле, вызванные выровненными кристаллическими структурами. Структуры с нанодвойниками повышают прочность и снижают риск разрушения, выступая в качестве барьера для плоского скольжения. По словам Майнора, регулируя расстояние и ориентацию нанодвойных структур, механические свойства можно оптимизировать еще больше. Но традиционные методы сделать это не являются ни тривиальными, ни дешевыми.
Вместо этого Майнор, Ритчи и их коллеги создали несколько нанодвойниковых структур в чистом титане с помощью криомеханического процесса. Они использовали кусочки титана кубической формы, спрессованные с трех сторон в жидком азоте. Мягкое сжатие, по словам Майнора, контролирует плотность нанодвойниковых структур, которые укрепляют металл, сохраняя при этом его первоначальную зернистую структуру. Лучше всего то, что этот процесс не требует сильного нагрева и, возможно, является более экологичным способом производства титана для гораздо более широкого спектра применений, чем сегодня.
Механические свойства криогенного материала, в частности прочность и пластичность, сохраняются как при чрезвычайно высоких, так и при криогенных температурах. Майнор говорит, что характеристики нанодвойника титана делают его идеальным для таких вещей, как чрезвычайно горячие реактивные двигатели, а также очень холодные рабочие среды, которые предполагают использование, например, стопорных колец для сверхпроводящих магнитов, структурных частей резервуаров со сжиженным природным газом, а также материалов, подлежащих обработке. подвергаются воздействию глубокого океана или глубокого космоса.
На вопрос, может ли когда-нибудь новый процесс производства титана коммерческого уровня быть запущен в масштабы, Майнор отвечает: почему бы и нет? Труднее реализовать такие вещи, как процесс Кролла, который используется сегодня, когда материал необходимо электрически изолировать, и весь процесс требует огромного количества энергии. «И эта криоковка, знаете ли, мы бы просто помещали вещи в ванну».
