زمان جدیدی برای تیتانیوم (3)

تیتانیوم نانو دوقلوی

(ادامه دارد)

اخیراً، مینور و رابرت ریچی، استادان علم مواد و مهندسی مکانیک، یک روش پیشگام پردازش توده ای را برای ساخت تیتانیوم خالص ایجاد کردند که قیمت کمتری دارد و فلزی با استحکام کششی و شکل پذیری بیشتر تولید می کند.

استادان داریل کرزن، مارک آستا و اندرو مینور در کنار میکروسکوپ الکترونی TEAM I ایستاده اند.

اساتید علم و مهندسی مواد (از سمت چپ) داریل کرزان، مارک آستا و اندرو مینور با پروژه TEAM I (میکروسکوپ تصحیح شده با انحراف الکترونی انتقال) در مرکز ملی میکروسکوپ الکترونی آزمایشگاه برکلی. (عکس از آدام لاو / مهندسی برکلی)

جدای از آلیاژها، راه دیگری برای تقویت فلزات ساختاری، تنظیم اندازه بلورها - که به عنوان دانه نیز شناخته می شود - است که فلز را با استفاده از گرما و پردازش مکانیکی، مانند نورد یا فشار دادن، تشکیل می دهند. با کاهش اندازه دانه به زیر میکرومتر یا نانومتر، محققان می‌توانند ساختارهای به اصطلاح نانو دوتایی یا نقص‌های فلز ناشی از ساختارهای کریستالی را معرفی کنند. ساختارهای نانو دوقلوی با عمل به عنوان مانعی در برابر لغزش های مسطح، استحکام را بهبود می بخشد و خطر شکستگی را کاهش می دهد. مینور می‌گوید که با تنظیم فاصله و جهت‌گیری ساختارهای نانو دوتایی، می‌توان خواص مکانیکی را حتی بیشتر بهینه کرد. اما روش های سنتی انجام این کار نه پیش پا افتاده و نه ارزان هستند.

در عوض، مینور، ریچی و همکارانش چندین ساختار نانو دوقلوی در تیتانیوم خالص را با استفاده از یک فرآیند انجماد مکانیکی معرفی کردند. آنها از قطعات مکعب شکل تیتانیوم استفاده کردند که از سه طرف در نیتروژن مایع فشرده شده بودند. مینور می‌گوید فشرده‌سازی ملایم، چگالی ساختارهای نانومتری را کنترل می‌کند که در عین حفظ ساختار دانه اولیه، فلز را تقویت می‌کند. بهتر از همه، این فرآیند به گرمای شدید متکی نیست و شاید روشی پایدارتر برای تولید تیتانیوم برای طیف وسیع‌تری از کاربردها نسبت به امروز باشد.

خواص مکانیکی مواد منجمد، به ویژه استحکام و شکل پذیری، در دماهای بسیار بالا و همچنین برودتی حفظ می شود. ماینور می‌گوید عملکرد تیتانیوم نانوگرم شده آن را برای مواردی مانند موتورهای جت بسیار داغ و همچنین محیط‌های عملیاتی بسیار سرد که کاربردهایی مانند حلقه‌های نگهدارنده برای آهنرباهای ابررسانا، بخش‌های ساختاری مخازن گاز طبیعی مایع و همچنین موادی را پیشنهاد می‌کند، ایده‌آل می‌کند. در معرض اعماق اقیانوس یا محیط های اعماق فضا.

مینور در پاسخ به این سوال که آیا فرآیند ساخت تیتانیوم تجاری جدید ممکن است روزی به زودی گسترش یابد، می گوید، چرا که نه؟ انجام کارهایی مانند فرآیند کرول که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد، که در آن مواد باید به صورت الکتریکی ایزوله شوند و کل فرآیند انرژی زیادی مصرف می کند، دشوارتر است. و این انجماد، می دانید، ما فقط چیزها را در حمام قرار می دهیم.