Ново време за титан (2)
Стратегии за проектиране, които прекъсват процеса на разместване на кислородния атом или насърчават наноструктури, за да спрат натрупването на планарни приплъзвания, могат да доведат до по-добри сплави. Тези сплави биха имали приложения, особено в автомобилната и космическата индустрия, казва Минор.
Криокован наносплетен титан
Професор Андрю Минор излива течен азот върху титаниева проба, демонстрирайки процеса на криоковане, използван за създаване на наносдвоен титан в неговата лаборатория. (Снимка от Адам Лау / Berkeley Engineering)
За да се справи с тези и други проблеми, екипът разчита на комбинация от компютърно моделиране, трансмисионна електронна микроскопия (ТЕМ) и други методи за изобразяване и експерименти.
„Едно от нещата, които са хубави в този проект, е, че понякога изчислителните специалисти и теоретиците са малко по-напред, а друг път това са експериментаторите“, казва Аста. „Ние се срещаме често и говорим за нашите открития и нашите нови идеи.“
Проучването на екипа за чувствителността на титан към кислород, например, доведе до изследване на титан, легиран с алуминий и кислород. Те откриха, че кислородната крехкост може да бъде елиминирана чрез добавяне на малки количества алуминий, особено при криогенни температури, които са под -150 градуса по Целзий.
С точните количества алуминий и кислород, казва екипът, новото подреждане на титановата кристална структура е предотвратило разместване на кислородни атоми, което би довело до увреждащо натрупване на дислокации и в крайна сметка фрактури. Нещо повече, тъй като въвеждането на алуминий намали чувствителността към кислород на титана като цяло, разходите за обработка за създаване на използваем метал също ще бъдат намалени.
В още едно проучване екипът разглежда изследвания от 60-те години на миналия век, които показват, че много метали и сплави показват драстично увеличение на пластичността, когато са подложени на периодични електрически импулси по време на деформация на метала. Основните механизми защо тази така наречена електропластичност може да е вярна обаче не са ясни.
„Електропластичността може да доведе до намалени разходи за металургична обработка, тъй като е необходима по-малко енергия за формиране на метал с електрически импулси, отколкото загряването на целия метал до висока температура, за да се постигне същата формоспособност“, казва Минор. „Интересното е, че този ефект на електропластичността е универсален, тъй като е доказано, че работи за всеки метал, не само за титан.“
Екипът извърши тестове за опън на метала при три различни условия: стайна температура без електрически ток, с периодичен електрически импулс с продължителност 100 милисекунди и с постоянен ток. Тъй като прилагането на електрически ток загрява метала, екипът се притесняваше да разграничи ефектите, причинени единствено от електричество, от тези, причинени от топлина.
Техните резултати показват, че въпреки използването на по-малък периодичен импулс от предишните проучвания, методът на импулсния ток подобрява удължението при опън на титановата сплав, както и нейната максимална якост. Те отбелязват, че този ефект е специфичен само за експеримента с импулсен ток.
С помощта на ТЕМ, за да се видят промените в кристалната структура на метала, техните резултати предполагат, че лечението с импулсен ток потиска равнинните дислокации на приплъзване. Изследователите установиха, че електрическият импулс втвърдява материала и осуетява развитието на планарно приплъзване чрез поддържане на дифузен, 3D модел на дислокация, който в крайна сметка осигурява висока якост и пластичност.
(следва продължение)