เวลาใหม่สำหรับไทเทเนียม (3)

ไทเทเนียมนาโนทวิน

(ต่อ)

ล่าสุด Minor และ Robert Ritchie ศาสตราจารย์ด้านวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมเครื่องกล ได้พัฒนาวิธีการประมวลผลแบบเทกองบุกเบิกเพื่อสร้างไทเทเนียมบริสุทธิ์ที่มีราคาถูกกว่าและให้ผลผลิตโลหะที่มีความต้านทานแรงดึงและความเหนียวที่มากกว่า

ศาสตราจารย์ Daryl Chrzan, Mark Asta และ Andrew Minor ยืนอยู่ข้างกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน TEAM I

ศาสตราจารย์ด้านวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ (จากซ้าย) Daryl Chrzan, Mark Asta และ Andrew Minor กับโครงการ TEAM I (กล้องจุลทรรศน์แก้ไขความผิดปกติของการส่งผ่านอิเล็กตรอน) ที่ศูนย์กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแห่งชาติของ Berkeley Lab (ภาพโดย Adam Lau / Berkeley Engineering)

นอกเหนือจากโลหะผสมแล้ว อีกวิธีในการทำให้โลหะโครงสร้างแข็งแรงขึ้นก็คือการปรับขนาดของคริสตัลหรือที่เรียกว่าเกรนซึ่งประกอบขึ้นเป็นโลหะโดยใช้ความร้อนและกระบวนการทางกล เช่น การรีดหรือการกด ด้วยการลดขนาดเกรนลงเหลือไมโครเมตรหรือนาโนเมตร นักวิจัยจึงสามารถแนะนำสิ่งที่เรียกว่าโครงสร้างนาโนทวินด์ หรือข้อบกพร่องในโลหะที่เกิดจากโครงสร้างผลึกที่เรียงตัวกัน โครงสร้างนาโนแฝดช่วยเพิ่มความแข็งแรงและลดความเสี่ยงของการแตกหักโดยทำหน้าที่เป็นอุปสรรคต่อการเลื่อนระนาบ ไมเนอร์กล่าวว่าการปรับระยะห่างและการวางแนวของโครงสร้างนาโนแฝด ทำให้คุณสมบัติทางกลสามารถปรับให้เหมาะสมยิ่งขึ้นไปอีก แต่วิธีการดั้งเดิมในการทำเช่นนั้นไม่ใช่เรื่องเล็กน้อยหรือราคาถูก

ไมเนอร์ ริตชี่ และเพื่อนร่วมงานได้นำโครงสร้างนาโนทวินามหลายตัวในไททาเนียมบริสุทธิ์โดยใช้กระบวนการทางกลด้วยความเย็นจัด พวกเขาใช้ชิ้นส่วนไทเทเนียมรูปทรงลูกบาศก์ที่ถูกกดตามทั้งสามด้านในไนโตรเจนเหลว การบีบอัดอย่างอ่อนโยน Minor กล่าวว่าจะควบคุมความหนาแน่นของโครงสร้างนาโนแฝดที่ช่วยเสริมความแข็งแกร่งของโลหะในขณะที่ยังคงรักษาโครงสร้างเกรนเริ่มต้นไว้ เหนือสิ่งอื่นใด กระบวนการนี้ไม่ต้องอาศัยความร้อนสูงและอาจเป็นวิธีที่ยั่งยืนมากขึ้นในการผลิตไทเทเนียมสำหรับการใช้งานที่หลากหลายกว่าในปัจจุบัน

คุณสมบัติทางกลของวัสดุหลอมด้วยความเย็นจัด โดยเฉพาะความแข็งแรงและความเหนียว ยึดเกาะที่อุณหภูมิสูงมากเช่นเดียวกับอุณหภูมิที่เกิดจากการแช่แข็งด้วยความเย็นจัด ไมเนอร์กล่าวว่าประสิทธิภาพของไททาเนียมนาโนแฝดทำให้เหมาะสำหรับสิ่งต่างๆ เช่น เครื่องยนต์ไอพ่นที่มีความร้อนสูงมาก ตลอดจนสภาพแวดล้อมการทำงานที่เย็นจัดซึ่งแนะนำให้ใช้ เช่น แหวนยึดสำหรับแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด ชิ้นส่วนโครงสร้างของถังก๊าซธรรมชาติเหลว ตลอดจนวัสดุที่จะนำไปใช้ สัมผัสกับมหาสมุทรลึกหรือสภาพแวดล้อมในห้วงอวกาศ

เมื่อถูกถามว่ากระบวนการผลิตไทเทเนียมเกรดเชิงพาณิชย์แบบใหม่อาจได้รับการขยายขนาดในเร็วๆ นี้หรือไม่ ไมเนอร์ตอบว่า เพราะเหตุใด การทำสิ่งต่างๆ เช่น กระบวนการ Kroll ที่ใช้กันในปัจจุบันนั้นยากกว่า โดยที่วัสดุจะต้องถูกแยกออกด้วยระบบไฟฟ้า และกระบวนการทั้งหมดต้องใช้พลังงานจำนวนมหาศาล “และการหลอมด้วยความเย็นนี้ คุณก็รู้ เราก็แค่เอาของไปแช่ในอ่าง”