Nýr tími fyrir títan (2)

Hönnunaraðferðir sem trufla súrefnisatóm uppstokkunarferlið eða stuðla að nanóbyggingum til að koma í veg fyrir að flatir miðar hrannast upp gætu leitt til betri málmblöndur. Þessar málmblöndur myndu hafa notkun, sérstaklega í bíla- og geimferðaiðnaði, segir Minor.

Cryo-smíði nanotunnið títan

Prófessor Andrew Minor hellir fljótandi köfnunarefni á títansýni, sem sýnir fram á cryo-smíði ferlið sem notað er til að búa til nanotvinnið títan í rannsóknarstofu sinni. (Mynd: Adam Lau / Berkeley Engineering)

Til að takast á við þessi og önnur vandamál, treystir teymið á blöndu af tölvulíkönum, rafeindasmásjá (TEM) og öðrum myndgreiningaraðferðum og tilraunum.

„Eitt af því sem hefur verið skemmtilegt við þetta verkefni er að stundum eru reiknifræðingarnir og fræðimennirnir aðeins á undan og stundum eru það tilraunamenn,“ segir Ásta. „Við hittumst oft og tölum um niðurstöður okkar og nýjar hugmyndir okkar.

Rannsókn teymisins á súrefnisnæmni títan leiddi til dæmis til rannsóknar á títanblönduðu áli og súrefni. Þeir komust að því að hægt væri að útrýma súrefnisbrotnum með því að bæta við litlu magni af áli, sérstaklega við frosthitastig, sem er undir -150 gráðum á Celsíus.

Með réttu magni af áli og súrefni, segir teymið, ný röðun á títan kristalbyggingu kom í veg fyrir uppstokkun súrefnisatóma sem myndi leiða til skaðlegrar hrúgunar af liðfæringum og að lokum beinbrota. Það sem meira er, vegna þess að innleiðing áls minnkaði súrefnisnæmi títans í heild, myndi vinnslukostnaður til að búa til nothæfan málm einnig minnka.

Í enn einni rannsókninni skoðaði teymið rannsóknir aftur til sjöunda áratugarins sem sýndu að margir málmar og málmblöndur sýna mikla aukningu á sveigjanleika þegar þeir verða fyrir reglubundnum rafpúlsum við aflögun málmsins. Hins vegar eru undirliggjandi aðferðir hvers vegna þessi svokallaða rafteygjanleiki gæti verið sönn ekki ljós.

„Rafþyngni getur leitt til minni kostnaðar við málmvinnslu þar sem það tekur minni orku að mynda málm með rafpúlsum en að hita allan málminn upp í háan hita til að ná sama mótunarhæfni,“ segir Minor. "Athyglisvert er að þessi áhrif rafteygjanleika eru alhliða að því leyti að það hefur verið sýnt fram á að það virkar fyrir nánast alla málma, ekki bara títan."

Teymið framkvæmdi togprófanir á málmnum við þrjár mismunandi aðstæður: stofuhita án rafstraums, með reglubundnum rafpúls sem varði 100 millisekúndur og með stöðugum straumi. Vegna þess að rafstraumur hitar málminn hafði teymið áhyggjur af því að greina áhrifin sem stafa eingöngu af rafmagni frá þeim sem stafa af hita.

Niðurstöður þeirra sýndu að þrátt fyrir að nota minni reglubundinn púls en fyrri rannsóknir, bætti púlsstraumsaðferðin toglengingu títanblendisins sem og hámarksstyrk þess. Þeir taka fram að þessi áhrif voru aðeins sérstök fyrir púlsstraumstilraunina.

Með hjálp TEM til að sjá breytingar á kristalbyggingu málmsins, benda niðurstöður þeirra til þess að púlsstraumsmeðferðin bæli niður sléttu losanir. Rannsakendur komust að því að rafpúlsinn herðir efnið og hindrar þróun flatrar sleðunar með því að viðhalda dreifðu þrívíddarmynstri sem á endanum skilar miklum styrk og sveigjanleika.

(Framhald)