เวลาใหม่สำหรับไทเทเนียม (2)

การออกแบบกลยุทธ์ที่ขัดขวางกระบวนการสับเปลี่ยนอะตอมของออกซิเจนหรือส่งเสริมโครงสร้างนาโนเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการสะสมของระนาบระนาบอาจนำไปสู่โลหะผสมที่ดีขึ้น โลหะผสมเหล่านี้น่าจะนำไปใช้ประโยชน์ได้ โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมยานยนต์และอวกาศ ไมเนอร์กล่าว

ไททาเนียมนาโนแฝดที่หลอมด้วยไครโอ

ศาสตราจารย์แอนดรูว์ ไมเนอร์เทไนโตรเจนเหลวลงบนตัวอย่างไทเทเนียม ซึ่งสาธิตกระบวนการตีด้วยความเย็นที่ใช้ในการสร้างไทเทเนียมนาโนแฝดในห้องทดลองของเขา (ภาพโดย Adam Lau / Berkeley Engineering)

เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้และปัญหาอื่น ๆ ทีมงานอาศัยการผสมผสานระหว่างการสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) และรูปแบบการถ่ายภาพอื่น ๆ และการทดลอง

"สิ่งหนึ่งที่ดีเกี่ยวกับโครงการนี้คือบางครั้งนักคำนวณและนักทฤษฎีก็ก้าวหน้าไปนิดหน่อย และบางครั้งก็เป็นนักทดลอง" Asta กล่าว "เราพบกันบ่อยครั้งและพูดคุยเกี่ยวกับสิ่งที่เราค้นพบและแนวคิดใหม่ของเรา"

ตัวอย่างเช่น การศึกษาของทีมเกี่ยวกับความไวของออกซิเจนของไทเทเนียม นำไปสู่การศึกษาไทเทเนียมที่ผสมกับอลูมิเนียมและออกซิเจน พวกเขาพบว่าการแตกตัวของออกซิเจนสามารถกำจัดได้โดยการเติมอะลูมิเนียมจำนวนเล็กน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิเยือกแข็งซึ่งต่ำกว่า -150 องศาเซลเซียส

ทีมงานกล่าวว่าด้วยปริมาณอะลูมิเนียมและออกซิเจนในปริมาณที่เหมาะสม การเรียงลำดับโครงสร้างผลึกไทเทเนียมใหม่ช่วยป้องกันการสับเปลี่ยนอะตอมของออกซิเจน ซึ่งจะนำไปสู่การเคลื่อนตัวของการเคลื่อนที่และการแตกหักในที่สุด ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากการนำอะลูมิเนียมมาใช้ช่วยลดความไวต่อออกซิเจนของไทเทเนียมโดยรวม ค่าใช้จ่ายในการแปรรูปเพื่อสร้างโลหะที่ใช้งานได้ก็ลดลงเช่นกัน

ในการศึกษาอื่น ทีมงานได้ศึกษาการวิจัยย้อนกลับไปในทศวรรษปี 1960 ซึ่งแสดงให้เห็นว่าโลหะและโลหะผสมหลายชนิดมีความเหนียวเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อถูกพัลส์ไฟฟ้าเป็นระยะๆ ในระหว่างการเปลี่ยนรูปของโลหะ อย่างไรก็ตาม กลไกเบื้องหลังว่าทำไมสิ่งที่เรียกว่าพลาสติกอิเล็กโตรพลาสติกซิตี้อาจเป็นจริงนั้นยังไม่ชัดเจน

"พลาสติกไฟฟ้าสามารถนำไปสู่การลดต้นทุนสำหรับการแปรรูปโลหะวิทยา เนื่องจากจะใช้พลังงานน้อยกว่าในการสร้างโลหะด้วยพัลส์ไฟฟ้ามากกว่าการให้ความร้อนแก่โลหะทั้งหมดจนถึงอุณหภูมิสูงเพื่อให้ได้รูปแบบเดียวกัน" ไมเนอร์กล่าว "น่าสนใจว่าผลของพลาสติกอิเล็กโทรพลาสติคนี้เป็นสากลตรงที่แสดงให้เห็นว่าใช้ได้กับโลหะทุกชนิด ไม่ใช่แค่ไทเทเนียม"

ทีมงานทำการทดสอบแรงดึงของโลหะภายใต้สภาวะที่แตกต่างกัน 3 แบบ ได้แก่ อุณหภูมิห้องที่ไม่มีกระแสไฟฟ้า โดยมีพัลส์ไฟฟ้าเป็นคาบระยะเวลา 100 มิลลิวินาที และด้วยกระแสคงที่ เนื่องจากการใช้กระแสไฟฟ้าทำให้โลหะร้อน ทีมงานจึงกังวลเกี่ยวกับการแยกความแตกต่างระหว่างผลกระทบที่เกิดจากไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวกับผลกระทบที่เกิดจากความร้อน

ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าแม้จะใช้พัลส์เป็นคาบน้อยกว่าการศึกษาก่อนหน้านี้ แต่วิธีพัลส์กระแสก็ช่วยปรับปรุงการยืดตัวของแรงดึงของโลหะผสมไทเทเนียมรวมถึงความแข็งแรงสูงสุดด้วย พวกเขาสังเกตว่าผลกระทบนี้เกิดขึ้นเฉพาะกับการทดลองกระแสพัลซิ่งเท่านั้น

ด้วยความช่วยเหลือของ TEM เพื่อดูการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างผลึกของโลหะ ผลลัพธ์ของพวกเขาชี้ให้เห็นว่าการบำบัดด้วยกระแสพัลซิ่งจะช่วยยับยั้งการเคลื่อนที่ของระนาบระนาบ นักวิจัยพบว่าพัลส์ไฟฟ้าทำให้วัสดุแข็งตัวและขัดขวางการพัฒนาของระนาบสลิปโดยการรักษารูปแบบการเคลื่อนที่แบบ 3 มิติที่กระจายออกไป ซึ่งท้ายที่สุดแล้วจะมีความแข็งแรงและความเหนียวสูง

(ยังมีต่อ)