Thời điểm mới cho Titan (3)
Titan gắn nano
(Tiếp theo)
Gần đây nhất, Minor và Robert Ritchie, giáo sư khoa học vật liệu và kỹ thuật cơ khí, đã phát triển một phương pháp xử lý hàng loạt tiên phong để tạo ra titan nguyên chất ít tốn kém hơn và tạo ra kim loại có độ bền kéo và độ dẻo cao hơn.
các giáo sư Daryl Chrzan, Mark Asta và Andrew Minor đứng cạnh kính hiển vi điện tử TEAM I
Các giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu (từ trái sang) Daryl Chrzan, Mark Asta và Andrew Minor với dự án TEAM I (Kính hiển vi điều chỉnh quang sai điện tử truyền qua) tại Trung tâm Kính hiển vi điện tử Quốc gia của Phòng thí nghiệm Berkeley. (Ảnh của Adam Lau / Berkeley Engineering)
Ngoài hợp kim, một cách khác để tăng cường cấu trúc kim loại là điều chỉnh kích thước của tinh thể - còn được gọi là hạt - tạo nên kim loại bằng cách sử dụng nhiệt và xử lý cơ học, chẳng hạn như cán hoặc ép. Bằng cách giảm kích thước hạt xuống dưới micromet hoặc nanomet, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra cái gọi là cấu trúc nanotwinned hoặc các khuyết tật trong kim loại do cấu trúc tinh thể thẳng hàng gây ra. Các cấu trúc sợi nano cải thiện độ bền và giảm nguy cơ gãy xương bằng cách hoạt động như một rào cản chống trượt phẳng. Minor cho biết, bằng cách điều chỉnh khoảng cách và hướng của các cấu trúc nano, các tính chất cơ học có thể được tối ưu hóa hơn nữa. Nhưng các phương pháp truyền thống để làm điều đó không hề tầm thường và cũng không hề rẻ tiền.
Thay vào đó, Minor, Ritchie và các đồng nghiệp đã giới thiệu nhiều cấu trúc gắn nano bằng titan nguyên chất bằng quy trình cơ học lạnh. Họ sử dụng những miếng titan hình khối được ép dọc theo ba mặt bằng nitơ lỏng. Minor cho biết, quá trình nén nhẹ nhàng kiểm soát mật độ của các cấu trúc sợi nano giúp tăng cường độ bền cho kim loại trong khi vẫn bảo toàn được cấu trúc hạt ban đầu của nó. Điều tuyệt vời nhất là quy trình này không phụ thuộc vào nhiệt độ cao và có thể là cách bền vững hơn để tạo ra titan cho nhiều ứng dụng hơn hiện nay.
Các tính chất cơ học của vật liệu được rèn lạnh, đặc biệt là độ bền và độ dẻo, giữ ở nhiệt độ cực cao cũng như nhiệt độ đông lạnh. Minor cho biết hiệu suất của titan kết hợp nano khiến nó trở nên lý tưởng cho những thứ như động cơ phản lực cực nóng cũng như môi trường hoạt động rất lạnh có thể gợi ý các ứng dụng như vòng giữ cho nam châm siêu dẫn, các bộ phận cấu trúc của bình khí tự nhiên hóa lỏng, cũng như các vật liệu cần làm. tiếp xúc với môi trường đại dương sâu hoặc không gian sâu.
Khi được hỏi liệu quy trình chế tạo titan cấp thương mại mới có thể sớm được đưa vào quy mô trong một ngày nào đó hay không, Minor nói, tại sao không? Khó hơn để thực hiện những việc như quy trình Kroll được sử dụng ngày nay, trong đó vật liệu phải được cách ly về điện và toàn bộ quy trình tiêu tốn một lượng điện năng lớn. "Và việc rèn lạnh này, bạn biết đấy, chúng ta sẽ chỉ đặt mọi thứ vào bồn tắm."