En ny tid for titanium (3)
Nanotvundet titanium
(Fortsat)
Senest har Minor og Robert Ritchie, professorer i materialevidenskab og maskinteknik, udviklet en banebrydende massebearbejdningsmetode til fremstilling af rent titanium, der er billigere og giver et metal med større trækstyrke og duktilitet.
professorerne Daryl Chrzan, Mark Asta og Andrew Minor stående ved TEAM I-elektronmikroskopet
Materialevidenskab og ingeniørprofessorer (fra venstre) Daryl Chrzan, Mark Asta og Andrew Minor med TEAM I-projektet (Transmission Electron Aberration-corrected Microscope) ved Berkeley Labs National Center for Electron Microscopy. (Foto af Adam Lau / Berkeley Engineering)
Bortset fra legeringer er en anden måde at styrke strukturelle metaller på at skræddersy størrelsen af krystaller - også kendt som korn - der udgør metallet ved at bruge varme og mekanisk behandling, såsom valsning eller presning. Ved at reducere kornstørrelsen til submikrometer eller nanometer kan forskere introducere såkaldte nanovindede strukturer eller defekter i metallet forårsaget af justerede krystalstrukturer. De nanotvindede strukturer forbedrer styrke og sænker risikoen for brud ved at fungere som en barriere mod plane udskridninger. Ved at skræddersy afstanden og orienteringen af de nanotvindede strukturer, siger Minor, kan de mekaniske egenskaber optimeres endnu mere. Men traditionelle metoder til at gøre det er hverken trivielle eller billige.
I stedet introducerede Minor, Ritchie og kolleger flere nanotvindede strukturer i rent titanium ved hjælp af en kryomekanisk proces. De brugte terningformede stykker titanium, der blev presset langs tre sider i flydende nitrogen. Den blide kompression, siger Minor, kontrollerer tætheden af nanotvindede strukturer, der styrker metallet, samtidig med at dets oprindelige kornstruktur bevares. Det bedste af det hele er, at processen ikke er afhængig af intens varme og måske en mere bæredygtig måde at fremstille titanium til en meget bredere vifte af anvendelser end i dag.
De mekaniske egenskaber af det kryosmedede materiale, specielt styrke og duktilitet, holder ved ekstremt høje såvel som kryogene temperaturer. Minor siger, at ydeevnen af det nanovindne titanium gør det ideelt til ting som ekstremt varme jetmotorer såvel som meget kolde driftsmiljøer, der foreslår anvendelser som låseringe til superledende magneter, strukturelle dele af flydende naturgastanke, såvel som materialer, der skal udsat for dybe hav eller dybe rummiljøer.
Forespurgt om den nye titaniumfremstillingsproces i kommerciel kvalitet kan bringes til skala en dag snart, siger Minor, hvorfor ikke? Det er sværere at lave ting som Kroll-processen, der bruges i dag, hvor materialet skal isoleres elektrisk, og hele processen tager enorme mængder strøm. "Og denne kryosmedning, du ved, vi ville bare putte ting i et bad."
