Penyelidik MIT Mengenalpasti Laluan Ke Aloi Titanium yang Lebih Kuat

Penemuan ini diterangkan dalam jurnal Advanced Materials, dalam makalah oleh Shaolou Wei ScD '22, Profesor C. Cem Tasan, postdoc Kyung-Shik Kim, dan John Foltz dari ATI Inc. Penambahbaikan, kata pasukan itu, timbul daripada menyesuaikan komposisi kimia dan struktur kekisi aloi, di samping melaraskan teknik pemprosesan yang digunakan untuk menghasilkan bahan pada skala industri.

Aloi titanium adalah penting kerana sifat mekanikalnya yang luar biasa, rintangan kakisan, dan ringan berbanding keluli. Melalui pemilihan elemen pengaloian yang teliti dan perkadaran relatifnya, dan cara bahan diproses, "anda boleh mencipta pelbagai struktur, dan ini mewujudkan taman permainan yang besar untuk anda mendapatkan gabungan harta yang baik, kedua-duanya untuk suhu kriogenik dan tinggi," Kata Tasan.

Tetapi pelbagai kemungkinan besar itu seterusnya memerlukan cara untuk membimbing pemilihan untuk menghasilkan bahan yang memenuhi keperluan khusus aplikasi tertentu. Analisis dan keputusan eksperimen yang diterangkan dalam kajian baharu memberikan panduan itu.

Struktur aloi titanium, sehingga ke skala atom, mengawal sifatnya, jelas Tasan. Dan dalam beberapa aloi titanium, struktur ini lebih kompleks, terdiri daripada dua fasa bercampur yang berbeza, yang dikenali sebagai fasa alfa dan beta.

"Strategi utama dalam pendekatan reka bentuk ini adalah untuk mengambil pertimbangan skala yang berbeza, " katanya. "Satu skala ialah struktur kristal individu. Contohnya, dengan memilih unsur pengaloian dengan berhati-hati, anda boleh mempunyai struktur kristal fasa alfa yang lebih ideal yang membolehkan mekanisme ubah bentuk tertentu. Skala lain ialah skala polihablur, yang melibatkan interaksi daripada fasa alfa dan beta Jadi, pendekatan yang diikuti di sini melibatkan pertimbangan reka bentuk untuk kedua-duanya."

Di samping memilih bahan dan perkadaran pengaloian yang betul, langkah-langkah dalam pemprosesan ternyata memainkan peranan penting. Teknik yang dipanggil guling silang ialah satu lagi kunci untuk mencapai gabungan kekuatan dan kemuluran yang luar biasa, pasukan itu mendapati.

Bekerjasama dengan penyelidik ATI, pasukan itu menguji pelbagai aloi di bawah mikroskop elektron pengimbasan semasa ia berubah bentuk, mendedahkan butiran bagaimana struktur mikro mereka bertindak balas terhadap beban mekanikal luaran. Mereka mendapati bahawa terdapat satu set parameter tertentu - komposisi, perkadaran dan kaedah pemprosesan - yang menghasilkan struktur di mana fasa alfa dan beta berkongsi ubah bentuk secara seragam, mengurangkan kecenderungan keretakan yang mungkin berlaku antara fasa apabila ia bertindak balas. berbeza. "Fasa berubah dalam harmoni," kata Tasan. Tindak balas koperasi terhadap ubah bentuk ini boleh menghasilkan bahan yang unggul, mereka mendapati.

"Kami melihat struktur bahan untuk memahami kedua-dua fasa ini dan morfologinya, dan kami melihat kimia mereka dengan menjalankan analisis kimia tempatan pada skala atom. Kami menggunakan pelbagai jenis teknik untuk mengukur pelbagai sifat bahan merentasi skala panjang berbilang, kata Tasan, yang merupakan Profesor Sains dan Kejuruteraan Bahan POSCO dan profesor metalurgi bersekutu "Apabila kita melihat sifat keseluruhan" aloi titanium dihasilkan mengikut sistem mereka, "sifatnya jauh lebih baik daripada aloi setanding."

Ini adalah penyelidikan akademik yang disokong industri yang bertujuan untuk membuktikan prinsip reka bentuk untuk aloi yang boleh dihasilkan secara komersial pada skala, menurut Tasan. "Apa yang kami lakukan dalam kerjasama ini benar-benar ke arah pemahaman asas tentang keplastikan kristal, " katanya. "Kami menunjukkan bahawa strategi reka bentuk ini disahkan, dan kami menunjukkan secara saintifik cara ia berfungsi, " tambahnya, sambil menyatakan bahawa masih terdapat ruang penting untuk penambahbaikan selanjutnya.

Bagi potensi aplikasi penemuan ini, beliau berkata, "Untuk mana-mana aplikasi aeroangkasa di mana gabungan kekuatan dan kemuluran yang lebih baik berguna, ciptaan jenis ini menyediakan peluang baharu."

Kerja ini disokong oleh Produk Gulung Khusus ATI dan menggunakan kemudahan MIT Nano dan Pusat Sistem Skala Nano di Universiti Harvard.