Nový čas pro titan (2)
Návrhové strategie, které přeruší proces míchání atomů kyslíku nebo podporují nanostruktury, aby zabránily hromadění planárních skluzů, by mohly vést k lepším slitinám. Tyto slitiny by měly uplatnění, zejména v automobilovém a leteckém průmyslu, říká Minor.
Kryo-kování nanotwin z titanu
Profesor Andrew Minor nalévá kapalný dusík na vzorek titanu, čímž demonstruje proces kryokování, který se používá k vytvoření nanotwinovaného titanu v jeho laboratoři. (Foto Adam Lau / Berkeley Engineering)
Při řešení těchto a dalších problémů se tým spoléhá na kombinaci počítačového modelování, transmisní elektronové mikroskopie (TEM) a dalších zobrazovacích metod a experimentů.
"Jedna z věcí, která je na tomto projektu příjemná, je, že někdy jsou výpočetní odborníci a teoretici trochu napřed a jindy jsou to experimentátoři," říká Asta. "Často se setkáváme a mluvíme o našich zjištěních a nových nápadech."
Týmová studie citlivosti titanu na kyslík například vedla ke studii titanu legovaného hliníkem a kyslíkem. Zjistili, že kyslíkové křehnutí lze eliminovat přidáním malého množství hliníku, zejména při kryogenních teplotách, které jsou pod -150 stupni Celsia.
Se správným množstvím hliníku a kyslíku, říká tým, nové uspořádání struktury krystalů titanu zabránilo promíchávání atomů kyslíku, které by vedlo k škodlivému nahromadění dislokací a nakonec ke zlomeninám. A co víc, protože zavedení hliníku celkově snížilo citlivost titanu na kyslík, snížily by se také náklady na zpracování k vytvoření použitelného kovu.
V další studii se tým zabýval výzkumem sahajícím do 60. let 20. století, který ukázal, že mnoho kovů a slitin vykazuje dramatický nárůst tažnosti, když jsou vystaveny periodickým elektrickým pulzům během deformace kovu. Avšak základní mechanismy, proč by tato takzvaná elektroplasticita mohla být pravdivá, nejsou jasné.
"Elektroplasticita může vést ke snížení nákladů na metalurgické zpracování, protože k vytvoření kovu pomocí elektrických impulsů je zapotřebí méně energie než zahřátí celého kovu na vysokou teplotu pro dosažení stejné tvarovatelnosti," říká Minor. "Zajímavé je, že tento efekt elektroplasticity je univerzální v tom, že se ukázalo, že funguje v podstatě pro každý kov, nejen pro titan."
Tým provedl tahové testy kovu za tří různých podmínek: pokojová teplota bez elektrického proudu, s periodickým elektrickým pulzem o trvání 100 milisekund a s konstantním proudem. Protože použití elektrického proudu ohřívá kov, tým se obával rozlišení účinků způsobených výhradně elektřinou od účinků způsobených teplem.
Jejich výsledky ukázaly, že navzdory použití menšího periodického pulzu než předchozí studie, metoda pulzního proudu zlepšila tahové prodloužení titanové slitiny i její maximální pevnost. Poznamenávají, že tento účinek byl specifický pouze pro experiment s pulzním proudem.
S pomocí TEM vidět změny v krystalové struktuře kovu, jejich výsledky naznačují, že léčba pulzním proudem potlačuje planární skluzové dislokace. Výzkumníci zjistili, že elektrický impuls zpevňuje materiál a maří rozvoj planárního skluzu tím, že udržuje difúzní, 3D dislokační vzor, který nakonec poskytuje vysokou pevnost a tažnost.
(pokračování)
