Vísindamenn MIT bera kennsl á leiðir til sterkari títanblöndur

Niðurstöðunum er lýst í tímaritinu Advanced Materials, í grein eftir Shaolou Wei ScD '22, prófessor C. Cem Tasan, nýdoktor Kyung-Shik Kim og John Foltz frá ATI Inc. Umbæturnar, segir teymið, stafa af sérsníða efnasamsetningu og grindarbyggingu málmblöndunnar, en einnig aðlaga vinnsluaðferðirnar sem notaðar eru til að framleiða efnið á iðnaðarskala.

Títan málmblöndur hafa verið mikilvægar vegna óvenjulegra vélrænna eiginleika þeirra, tæringarþols og léttar miðað við stál. Með vandlega vali á málmblöndurþáttum og hlutfallslegum hlutföllum þeirra, og hvernig efnið er unnið, "getur þú búið til ýmsar mannvirki, og þetta skapar stóran leikvöll fyrir þig til að fá góðar eignasamsetningar, bæði fyrir hitastig og hækkað hitastig." segir Tasan.

En þetta stóra úrval af möguleikum krefst aftur leiðar til að leiðbeina valinu til að framleiða efni sem uppfyllir sérstakar þarfir tiltekins forrits. Greiningin og tilraunaniðurstöðurnar sem lýst er í nýju rannsókninni veita þær leiðbeiningar.

Uppbygging títan málmblöndur, allt niður á atómkvarða, stjórnar eiginleikum þeirra, útskýrir Tasan. Og í sumum títan málmblöndur er þessi uppbygging enn flóknari, samanstendur af tveimur mismunandi blönduðum fasum, þekktur sem alfa og beta fasar.

„Lykilstefnan í þessari hönnunarnálgun er að taka tillit til mismunandi mælikvarða,“ segir hann. "Einn kvarðinn er uppbygging einstakra kristalla. Til dæmis, með því að velja málmblöndunarefnin vandlega, geturðu fengið betri kristalbyggingu alfafasans sem gerir sérstaka aflögunaraðferðir kleift. Hinn kvarðinn er fjölkristallakvarðinn, sem felur í sér víxlverkun alfa- og beta-fasanna. Þannig að nálgunin sem er fylgt hér felur í sér hönnunarsjónarmið fyrir bæði.

Auk þess að velja réttu blöndunarefnin og hlutföllin reyndust skref í vinnslunni gegna mikilvægu hlutverki. Tækni sem kallast krossvelting er annar lykill til að ná óvenjulegri samsetningu styrks og sveigjanleika, komst liðið að.

Í samstarfi við ATI vísindamenn prófaði teymið margs konar málmblöndur undir skanna rafeindasmásjá þar sem þau voru aflöguð og leiddi í ljós upplýsingar um hvernig örbyggingar þeirra bregðast við ytri vélrænni álagi. Þeir komust að því að það var tiltekið sett af breytum - samsetningu, hlutföllum og vinnsluaðferð - sem skilaði uppbyggingu þar sem alfa- og beta-fasarnir deildu aflöguninni jafnt og dregur úr sprungutilhneigingu sem er líkleg til að eiga sér stað á milli fasanna þegar þeir bregðast við. öðruvísi. "Fasarnir afmyndast í sátt," segir Tasan. Þessi samvinnuviðbrögð við aflögun geta skilað af sér betri efni, fundu þeir.

"Við skoðuðum uppbyggingu efnisins til að skilja þessa tvo fasa og formgerð þeirra og við skoðuðum efnafræði þeirra með því að framkvæma staðbundna efnagreiningu á frumeindamælikvarða. Við tókum upp margs konar tækni til að mæla ýmsa eiginleika efnisins þvert yfir. margar lengdarkvarðar, segir Tasan, sem er POSCO prófessor í efnisvísindum og verkfræði og dósent í málmfræði „Þegar við skoðum heildareiginleika“ títanblendisins sem framleidd eru samkvæmt kerfi þeirra, „eru eiginleikarnir miklu betri en. sambærileg málmblöndur."

Þetta var iðnaðarstuddar fræðilegar rannsóknir sem miðuðu að því að sanna hönnunarreglur fyrir málmblöndur sem hægt er að framleiða í viðskiptalegum mæli, samkvæmt Tasan. „Það sem við gerum í þessu samstarfi er í raun í átt að grundvallarskilningi á kristalmýktleika,“ segir hann. „Við sýnum að þessi hönnunarstefna er fullgilt og við sýnum vísindalega hvernig hún virkar,“ bætir hann við og bendir á að enn sé umtalsvert pláss fyrir frekari umbætur.

Hvað varðar hugsanlega beitingu þessara niðurstaðna, segir hann: "Fyrir hvers kyns geimferðanotkun þar sem bætt samsetning styrks og sveigjanleika er gagnleg, þá veitir þessi tegund uppfinning ný tækifæri."

Verkið var stutt af ATI Specialty Rolled Products og notuð aðstöðu MIT Nano og Center for Nanoscale Systems við Harvard háskóla.