En ny tid for titan (3)

Nanovinnet titan

(Fortsettelse)

Senest utviklet Minor og Robert Ritchie, professorer i materialvitenskap og maskinteknikk, en banebrytende bulkbehandlingsmetode for å lage rent titan som er rimeligere og gir et metall med større strekkstyrke og duktilitet.

professorene Daryl Chrzan, Mark Asta og Andrew Minor står ved TEAM I-elektronmikroskopet

Professorer i materialvitenskap og ingeniørfag (fra venstre) Daryl Chrzan, Mark Asta og Andrew Minor med prosjektet TEAM I (Transmission Electron Aberration-corrected Microscope) ved Berkeley Labs National Center for Electron Microscopy. (Foto: Adam Lau / Berkeley Engineering)

Bortsett fra legeringer, er en annen måte å styrke strukturelle metaller på å skreddersy størrelsen på krystaller - også kjent som korn - som utgjør metallet ved å bruke varme og mekanisk prosessering, som valsing eller pressing. Ved å redusere kornstørrelsen til sub-mikrometer eller nanometer, kan forskere introdusere såkalte nanovinnede strukturer, eller defekter i metallet forårsaket av justerte krystallstrukturer. De nanotvinnede strukturene forbedrer styrke og reduserer risikoen for brudd ved å fungere som en barriere mot plane utglidninger. Ved å skreddersy avstanden og orienteringen til de nanovinnede strukturene, sier Minor, kan de mekaniske egenskapene optimaliseres ytterligere. Men tradisjonelle metoder for å gjøre det er verken trivielle eller billige.

I stedet introduserte Minor, Ritchie og kolleger flere nanovinnede strukturer i rent titan ved hjelp av en kryomekanisk prosess. De brukte kubeformede biter av titan som ble presset langs tre sider i flytende nitrogen. Den skånsomme kompresjonen, sier Minor, kontrollerer tettheten til nanovinnede strukturer som styrker metallet samtidig som det bevarer dens opprinnelige kornstruktur. Det beste av alt er at prosessen ikke er avhengig av intens varme og kanskje en mer bærekraftig måte å lage titan for et mye bredere spekter av bruksområder enn i dag.

De mekaniske egenskapene til det kryosmidde materialet, spesielt styrke og duktilitet, holder seg ved ekstremt høye så vel som kryogene temperaturer. Minor sier ytelsen til nanovinnet titan gjør den ideell for ting som ekstremt varme jetmotorer så vel som veldig kalde driftsmiljøer som foreslår bruksområder som holderringer for superledende magneter, strukturelle deler av flytende naturgasstanker, samt materialer som skal eksponert for dype hav eller dype rommiljøer.

På spørsmål om den nye titanfremstillingsprosessen av kommersiell kvalitet kan bringes til skala en dag snart, sier Minor, hvorfor ikke? Det er vanskeligere å gjøre ting som Kroll-prosessen som brukes i dag, hvor materialet må isoleres elektrisk og hele prosessen tar enorme mengder strøm. "Og denne kryosmiingen, du vet, vi ville bare lagt ting i et bad."