Masa Baru Untuk Titanium (2)

Reka bentuk strategi yang mengganggu proses mengocok atom oksigen atau menggalakkan struktur nano untuk menghentikan gelinciran planar daripada bertimbun boleh membawa kepada aloi yang lebih baik. Aloi ini akan mempunyai aplikasi, terutamanya dalam industri automotif dan aeroangkasa, kata Minor.

Cryo-forging titanium nanotwinned

Profesor Andrew Minor menuang nitrogen cecair pada sampel titanium, menunjukkan proses penempaan krio yang digunakan untuk mencipta titanium yang dimenangi nanot dalam makmalnya. (Foto oleh Adam Lau / Berkeley Engineering)

Untuk menangani isu ini dan isu lain, pasukan bergantung pada gabungan pemodelan komputer, mikroskop elektron penghantaran (TEM) dan modaliti pengimejan lain serta eksperimen.

"Salah satu perkara yang menarik tentang projek ini ialah kadangkala pengkomputeran dan ahli teori berada di hadapan sedikit, dan pada masa lain ia adalah pakar eksperimen," kata Asta. "Kami kerap bertemu dan bercakap tentang penemuan kami dan idea baharu kami."

Kajian pasukan terhadap sensitiviti oksigen titanium, sebagai contoh, membawa kepada kajian titanium yang dialoi dengan aluminium dan oksigen. Mereka mendapati bahawa pereputan oksigen boleh dihapuskan dengan menambahkan sejumlah kecil aluminium, terutamanya pada suhu kriogenik, iaitu di bawah -150 darjah Celsius.

Dengan hanya jumlah aluminium dan oksigen yang tepat, pasukan itu berkata, susunan baharu struktur kristal titanium menghalang pengecokan atom oksigen yang akan membawa kepada timbunan kehelan yang merosakkan dan akhirnya patah. Lebih-lebih lagi, kerana pengenalan aluminium mengurangkan sensitiviti oksigen titanium secara keseluruhan, kos pemprosesan untuk mencipta logam yang boleh digunakan juga akan dikurangkan.

Dalam satu lagi kajian, pasukan melihat penyelidikan kembali ke tahun 1960-an yang menunjukkan bahawa banyak logam dan aloi memaparkan peningkatan dramatik dalam kemuluran apabila tertakluk kepada denyutan elektrik berkala semasa ubah bentuk logam. Walau bagaimanapun, mekanisme asas mengapa apa yang dipanggil elektroplastisitas ini mungkin benar tidak jelas.

"Keelektroplastikan boleh membawa kepada pengurangan kos untuk pemprosesan metalurgi kerana ia memerlukan lebih sedikit tenaga untuk membentuk logam dengan denyutan elektrik daripada memanaskan keseluruhan logam sehingga suhu tinggi untuk mencapai kebolehbentukan yang sama," kata Minor. "Menariknya, kesan elektroplastisitas ini adalah universal kerana ia telah terbukti berfungsi pada dasarnya untuk setiap logam, bukan hanya titanium."

Pasukan melakukan ujian tegangan logam di bawah tiga keadaan berbeza: suhu bilik tanpa arus elektrik, dengan nadi elektrik berkala selama 100 milisaat, dan dengan arus malar. Kerana menggunakan arus elektrik memanaskan logam, pasukan itu bimbang untuk membezakan kesan yang disebabkan oleh elektrik semata-mata daripada yang disebabkan oleh haba.

Keputusan mereka menunjukkan bahawa, walaupun menggunakan denyutan berkala yang lebih kecil daripada kajian terdahulu, kaedah arus denyutan meningkatkan pemanjangan tegangan aloi titanium serta kekuatan maksimumnya. Mereka ambil perhatian bahawa kesan ini khusus hanya untuk eksperimen semasa berdenyut.

Dengan bantuan TEM untuk melihat perubahan dalam struktur kristal logam, keputusan mereka menunjukkan bahawa rawatan arus berdenyut menghalang kehelan gelinciran planar. Para penyelidik mendapati bahawa nadi elektrik mengeraskan bahan dan mengecewakan perkembangan gelinciran planar dengan mengekalkan corak terkehel 3D yang meresap yang akhirnya memberikan kekuatan dan kemuluran yang tinggi.

(Bersambung)