Novo vrijeme za titan (3)
Nanoprepleteni titan
(nastavak)
Nedavno su Minor i Robert Ritchie, profesori znanosti o materijalima i strojarstva, razvili pionirsku metodu masovne obrade za izradu čistog titana koji je jeftiniji i daje metal s većom vlačnom čvrstoćom i duktilnošću.
profesori Daryl Chrzan, Mark Asta i Andrew Minor stoje pored elektronskog mikroskopa TEAM I
Profesori znanosti o materijalima i inženjerstva (slijeva) Daryl Chrzan, Mark Asta i Andrew Minor s projektom TEAM I (transmisijski mikroskop s korekcijom elektronske aberacije) u Nacionalnom centru za elektronsku mikroskopiju Berkeley Laba. (Fotografija Adam Lau / Berkeley Engineering)
Osim legura, još jedan način za ojačavanje strukturnih metala je prilagođavanje veličine kristala - također poznatih kao zrna - koji čine metal korištenjem topline i mehaničke obrade, kao što je valjanje ili prešanje. Smanjenjem veličine zrna na submikrometre ili nanometre, istraživači mogu uvesti takozvane nanotvinirane strukture, ili defekte u metalu uzrokovane poravnatim kristalnim strukturama. Nanoupletene strukture poboljšavaju čvrstoću i smanjuju rizik od loma djelujući kao prepreka za planarna klizanja. Prilagodbom razmaka i orijentacije nanoupredenih struktura, kaže Minor, mehanička svojstva mogu se dodatno optimizirati. Ali tradicionalne metode za to nisu ni trivijalne ni jeftine.
Umjesto toga, Minor, Ritchie i kolege uveli su višestruke nanoudvojene strukture u čistom titanu pomoću kriomehaničkog procesa. Koristili su komade titana u obliku kocke koji su pritisnuti s tri strane u tekućem dušiku. Nježna kompresija, kaže Minor, kontrolira gustoću nanoupredenih struktura koje jačaju metal dok istovremeno čuvaju njegovu početnu strukturu zrna. Najbolje od svega, proces se ne oslanja na intenzivnu toplinu i možda je održiviji način za izradu titana za mnogo širi raspon primjena nego danas.
Mehanička svojstva kriogeno kovanog materijala, posebno čvrstoća i duktilnost, održavaju se na ekstremno visokim, kao i na niskim temperaturama. Minor kaže da ga izvedba nanoupredenog titana čini idealnim za stvari kao što su ekstremno vrući mlazni motori, kao i za vrlo hladna radna okruženja koja bi upućivala na upotrebu poput pričvrsnih prstenova za supravodljive magnete, strukturne dijelove spremnika za ukapljeni prirodni plin, kao i materijale koji se izložen dubokom oceanu ili dubokom svemiru.
Upitan hoće li se novi komercijalni proces proizvodnje titana jednog dana uskoro moći proširiti, Minor kaže, zašto ne? Teže je raditi stvari poput Krollovog procesa koji se danas koristi, gdje materijal mora biti električno izoliran i cijeli proces zahtijeva ogromne količine energije. "A ovo krio-kovanje, znate, samo bismo stvari stavljali u kadu."
