Masa Baru Untuk Titanium (3)

Nanotwinned titanium

(Bersambung)

Terbaru, Minor dan Robert Ritchie, profesor sains bahan dan kejuruteraan mekanikal, membangunkan kaedah pemprosesan pukal perintis untuk membuat titanium tulen yang lebih murah dan menghasilkan logam dengan kekuatan tegangan dan kemuluran yang lebih besar.

profesor Daryl Chrzan, Mark Asta, dan Andrew Minor berdiri di tepi mikroskop elektron TEAM I

Profesor sains dan kejuruteraan bahan (dari kiri) Daryl Chrzan, Mark Asta dan Andrew Minor dengan projek TEAM I (Transmission Electron Aberration-corrected Microscope) di Pusat Kebangsaan Mikroskop Elektron Berkeley Lab. (Foto oleh Adam Lau / Berkeley Engineering)

Selain daripada aloi, cara lain untuk mengukuhkan logam struktur adalah dengan menyesuaikan saiz kristal - juga dikenali sebagai bijirin - yang membentuk logam dengan menggunakan pemprosesan haba dan mekanikal, seperti menggulung atau menekan. Dengan mengurangkan saiz butiran kepada sub-mikrometer atau nanometer, penyelidik boleh memperkenalkan apa yang dipanggil struktur nanotwinned, atau kecacatan pada logam yang disebabkan oleh struktur kristal yang sejajar. Struktur nanotwinned meningkatkan kekuatan dan mengurangkan risiko patah tulang dengan bertindak sebagai penghalang kepada gelinciran planar. Dengan menyesuaikan jarak dan orientasi struktur yang tidak dimenangi, Minor berkata, sifat mekanikal boleh dioptimumkan dengan lebih jauh lagi. Tetapi kaedah tradisional untuk melakukannya bukanlah remeh dan tidak murah.

Sebaliknya, Minor, Ritchie, dan rakan sekerja memperkenalkan berbilang struktur nanotwinned dalam titanium tulen melalui proses cryo-mekanikal. Mereka menggunakan kepingan titanium berbentuk kubus yang ditekan di sepanjang tiga sisi dalam nitrogen cecair. Mampatan lembut, kata Minor, mengawal ketumpatan struktur nanotwinned yang menguatkan logam sambil mengekalkan struktur butiran awalnya. Paling penting, proses ini tidak bergantung pada haba yang sengit dan mungkin cara yang lebih mampan untuk membuat titanium untuk julat aplikasi yang lebih luas berbanding hari ini.

Sifat mekanikal bahan tempa krio, khususnya kekuatan dan kemuluran, tahan pada suhu yang sangat tinggi serta kriogenik. Minor berkata prestasi titanium nanotwinned menjadikannya sesuai untuk perkara seperti enjin jet yang sangat panas serta persekitaran operasi yang sangat sejuk yang akan mencadangkan penggunaan seperti gelang penahan untuk magnet superkonduktor, bahagian struktur tangki gas asli cecair, serta bahan yang akan terdedah kepada lautan dalam atau persekitaran angkasa lepas.

Ditanya sama ada proses fabrikasi titanium gred komersial baharu mungkin akan dibawa ke skala suatu hari nanti, Minor berkata, mengapa tidak? Lebih sukar untuk melakukan perkara seperti proses Kroll yang digunakan hari ini, di mana bahan itu perlu diasingkan secara elektrik dan keseluruhan proses memerlukan sejumlah besar kuasa. "Dan penempaan cryo ini, anda tahu, kami hanya akan meletakkan barang-barang di dalam tab mandi."