Titan uchun yangi vaqt, kuchliroq, arzonroq, yanada barqaror metal

Metalllar orasida, titanning kuchi va yengilligi, korroziya qarshiligi va haddan tashqari haroratni bartaraf etish qobiliyati uning qadr-qimmatini, ayniqsa og'irlik va atrof-muhitga sezgir dasturlar uchun juda muhim ahamiyatga ega. XX asr oxiri birinchi bo'lib tasvirlanganda, tantanalar uchun metallni - er va osmondan qadimgi yunon mifologiyasida tug'ilgan xudolar deb topilgan.

Vaqt faqat titanning yorqinligini kuydiradi. "Men materiallarman, shuning uchun odamlar mendan:" Sevimli elementi nima? "- deydi Endred Kichik, fan nominesi professori. Binolar, samolyotlar, raketalar, kosmoslar, kosmik materiallar uchun u "Agar siz eng kam og'irlik uchun eng kuchli materialni xohlasangiz, u titanityum."

Darhaqiqat, sanoat dizaynerlari uchun kuchli, engil, yuqori yoqilg'i tejaydigan mashinalar, yuk mashinalari va samolyotlar, masalan yoki super korozyonga chidamli yuk kemasi, Titaniya orzulari bo'lishi kerak.

Muammo? "Bu juda qimmat", - deydi Kichik Kirity Sanoat-Sanoat-Sanoat-Sanoat-Sanoat yoki Titan qotishmalari, agar eng kuchli, eng bardoshli materiallar kifoya qiladi. Titaning narxi zanglamaydigan po'latdan yaqiniga nisbatan olti marta ko'proq. Natijada, uning foydasi o'ziga xos qismlar, zargarlik buyumlari kabi yuqori darajadagi buyumlar yoki boshqa turistik dasturlar uchun maxsus qismlar bilan cheklangan.

Bundan tashqari, sof titan faqat o'rtacha kuchga ega, ahamiyatsiz. Uni kislorod, alyuminiy, molibden, vanadiy va taloqkoniy kabi elementlar bilan kuchaytirish mumkin; Biroq, bu ko'pincha egiluvchanlik hisobidan - metallning tortmasdan chizilishi yoki deformatsiyalash qobiliyati.

Endi, o'n yillik tadqiqotdan so'ng, Titan uchun yangi davr, shu jumladan katta va uning Berkeley hamkasblari, shu jumladan MARKA ASTA, DARIMRI JRZAN va JW Morrisning, shuningdek, materialshunoslik va muhandislik kafedrasida professor-o'qituvchilar yaqinlashishi mumkin. Ular turli xil tarkibiy yoki muhandislik dasturlari uchun amaliy foydalanishni kengaytirish umidlarida ular Titaniumni har qanday tarzda sinab ko'rishdi va pressing.

Tadqiqotchilar qator tadqiqotlar bo'yicha Titaniston qotishumini, shuningdek, Titan-Sanoat-navli Titan-navini tayyorlash uchun yangi tafovutlarni ishlab chiqdilar, natijada yanada tejamkor va barqaror ishlab chiqarishga olib keladi.

Nanotwinlangan titanga olib keladigan kreo-mexanik jarayonning sxematik ko'rinishi.

(Andryu kichik)

Kislorod kondundrum

Titanning narxi kamdan-kam hollarda emasligini tushunish muhimdir. Titan qimmatbaho metal emas; Aksincha, dunyoning deyarli hamma joylarida, sirt yaqinidagi magmatik tog 'jinslarida topiladi. Bu Yerning to'qqizinchi eng boy elementi va to'rtinchi eng ko'p metal va u ikkalasini ham toza shaklida va qotishma sifatida ishlatish uchun ishlatilishi mumkin.

Buning o'rniga, Titan navli titan narxini buzadi, kichikroq tushuntiradi, kichikroq tushuntiradi, bu titan bar va boshqa metall hosil bo'lishi mumkin bo'lgan murakkab va boshqa metall shakllarini va boshqa qismlarga uydirilgan boshqa mahsulotlar tayyorlash uchun ishlatiladi. Jarayon argon gazi kabi qimmat materiallardan foydalanishni o'z ichiga oladi va energiya intensiv, ayniqsa kislorod aralashmalarini boshqarish uchun ko'p sonli eriydi.

Darhaqiqat, titan va kislorod qarindoshlik bilan munosabatlarga ega, biri kichik, OstA, Chrzan, Morris va hamkasblar yaxshiroq tushunishni xohlashdi. Jamoa kislorod nopokligi tez-tez Titan qotishmasi uchun kuchli kuchaytirish effekti uchun ishlatilishini bilardi. Titanium atom kislorod miqdorining mayda o'sishi bilan bir necha marta kuchga ega bo'lgan metallga olib kelishi mumkin.

Afsuski, kislorod metallning egiluvchanligining yanada kamayishi mumkin. U mo'rt bo'lib, sinadi va buziladi.

Ammo "kislorod hamma joyda", deb ayt, Titanni kislorodga qarshi kurashishda qiyinchilik haqida aytadi. "Bu siz shunchaki oldini olishingiz mumkin bo'lgan manbadan kelib chiqadigan nopoklik emas."

U Titaniyaning ekstremal deb baholaydi. "Bu qanchalik kuchli", deydi voyaga etmaydi. Bu yaxshi, ham yomon metallga ta'sir qiladi, shunga o'xshash miqdordagi kislorodning mavjudligi alyuminiy va po'lat kabi shunga o'xshash miqdordagi kislorod mavjud bo'lsa, uni osonlikcha ishlov berish bilan shug'ullanish mumkin.

Ko'proq ma'lumot olish uchun jamoa titanda stress ostida va turli xil kislorod bilan deformatsiya jarayonini modellashtirish uchun yuqori samarali hisoblashga murojaat qildi. Kompyuter modellari, ASTA "TITANANIYASI Metallurgiyadagi ushbu taniqli muammoni hal qiladigan kuchli vositalar to'plami" deydi.

Jamoaning asosiy kashfiyotlari, Titaniyaning kristalli inshootlarining metall stressli bo'lgan kislorod atomlarining aralashmasi egiluvchanlikni yo'qotishni tushunish kalitga aylandi. Stress bo'lmagan holatda kislorod molekulalari titan atomlari orasidagi tabiiy bo'shliqlarda yashaydilar. Ammo mexanik kuchlar ostida kislorod atomlari qo'shma bo'shliqlarga aralashishlari mumkin, agar ular tarqalib, metallni zaiflashtirsalar, uni kamroq qarshilik ko'rsatishi mumkin.

"Kislorod tarkibiy zaiflikni targ'ib qiladi", deydi Kichik. Mexanik kuchlar metall, ko'chirilgan kislorod atomlari, tarkibiy kamchiliklarning tarqalishini to'sib qo'ymaslikning o'rniga, strukturaviy nuqsonlar tarqalishini to'sib qo'yishi mumkin.

OstA planar slipida, bu metallning kristalli tuzilishiga o'xshaydi, natijada ikkinchisining yorilishi, yoriqlar, yoriqlar va mo'rt bo'lagi mo'rt bo'lagi.

Titanda qanday paydo bo'lishi va tarqalishi mumkinligini tushunish uchun Chrzan katta, og'ir gilamni qimirlatish uchun ingl.

"Bir uchida juda katta gilamni olib, polga yangi pozitsiyaga sudrab olib borishi mumkin", deydi u. Ammo gilamni siljitishning yana bir usuli - bu bir uchida to'lqinni yaratish, so'ngra gilamning yuqori qismida oyoqlaringizni aralashtirish orqali, ikkinchisining narigi tomoniga "yurish" mumkin. Hech narsa uning harakatini to'sib qo'ygan bo'lsa, butun gilamchalar rippelning kengligiga teng bo'lgan masofa bilan ko'chib o'tilgan.

Titandagi bunday "to'lqin izlari elektron mikroskopiya" bilan ko'rish mumkin. "Siz barcha dislokatsiyalarni ko'rishingiz mumkin, qatorlarda", deydi voya. "Va u egiluvchanlik uchun yomon, chunki ular bir-birlarini tuzishadi va faqat bir-birlariga ergashishmaydi.

Yaxshi qotishmalar yaratish

Kislorod-atom aralash jarayonini to'xtatadigan yoki planar sliplarni to'xtatish uchun nanotekurlarni qo'llab-quvvatlaydigan dizayn strategiyalari qotishmalarning yaxshi qotishmalariga olib kelishi mumkin. Ushbu qotishmalar, ayniqsa avtomobilsozlik va aerokospa sohalarida qatnashadi, deydi voyaga etmagan.

Professor Endryu kichik suyuq azotni titanli namunada, laboratoriyadagi nanotwinlangan titan yaratish jarayonini namoyish etmoqda. (Adam La / Berkli muhandisligi surati)

Ushbu va boshqa masalalarni hal qilish uchun jamoa kompyuter modellashtirish, uzatish elektron mikroskopiyasi (TEE) va boshqa tasvirlash usullari va tajribalarga tayanadi.

"Ushbu loyiha haqida yoqimli bo'lgan narsalardan biri bu ba'zida hisoblashchilar va nazariyotchilar biroz oldinda, boshqa paytlarda ham tajribachilar", deydi ASTA. "Biz tez-tez uchrashamiz va bizning topilmalarimiz va yangi g'oyalarimiz haqida gaplashamiz."

Jamoaning titanning kislorod sezgirligini o'rganish, masalan, alyuminiy va kislorod bilan taqqoslangan titanni o'rganishga olib keldi. Ular kam miqdordagi alyuminiy qo'shib, kislorod qutilarini, ayniqsa {0}}} darajadagi kriogenik haroratda bo'lgan kisloryumni qo'shib yo'q qilish mumkinligini aniqladilar.

Alyuminiy va kislorodning to'g'ri miqdori bilan Titanium kristalli tuzilishining yangi tartibi dislokatsiyalarning zararli pilosi va oxir oqibat singan kislorod atomlarining aralashmasining oldini oldi. Bundan tashqari, alyuminiyning joriy etilishi Umumgeniumning kislordiy sezgirligini kamaytirdi, foydalanish uchun ishlatiladigan metalni yaratish xarajatlari kamayadi.

Yana bir tadqiqot, jamoa metallarning defekatsiya qilish paytida ko'plab metallar va qotishmalar davriy elektr pulslariga duchor bo'lganda, ko'plab metallar va qotishma displeyi tatbiqli ichimliklarni kesib o'tayotganini ko'rsatdi. Ammo bu elektroplastiklikni nima uchun to'g'ri bo'lishi mumkinligini nima uchun asosiy mexanizmlar aniq emas.

"Elektroplastiklik metallurgiya ishlov berish xarajatlarini kamaytirishga olib kelishi mumkin, chunki bu barcha metallni bir xil tartibda erishish uchun butun metalni yuqori haroratgacha isitishdan ko'ra elektr pulsli metall buyumlarni hosil qilishdan kamroq energiya oladi", deydi voyaga etadi. "Qizig'i shundaki, elektrop pishirishning bu ta'siri universal bo'lib, u shunchaki titan, balki har bir metall uchun ishlaganligi ko'rsatilgan."

Jamoa uch xil sharoitda metallning keskin sinovlarini o'tkazdi: elektr toki bo'lmagan xona harorati, 100 millisekundning vaqti-vaqti bilan va doimiy oqim bilan. Elektr tokalini elektr tokalitish metallni isitadi, jamoa faqat issiqlik tufayli yuzaga keladigan ta'sirlarni ajratishdan xavotirda.

Ularning natijalari shuni ko'rsatdiki, avvalgi tadqiqotlardan kichikroq davriy pulsidan foydalanishiga qaramay, pulsatsiyalangan usul titan qotishmalarining keskinligi va uning maksimal kuchi yaxshilandi. Ularning ta'kidlashicha, bu ta'sir faqat pulsatsiyalangan joriy tajriba uchun aniq edi.

Metallning kristalli tuzilishidagi o'zgarishlarni ko'rish uchun, ularning natijalari Planar slipning dislokatsiyalarini bostirayotganini anglatadi. Tadqiqotchilar elektr pulsi materialni qattiqlashtiradi va oxir-oqibat yuqori kuch va egiluvchanlikni ta'minlaydigan diffuz, 3D dislitalash naqshini saqlab turadi.

Nanotwinli titan

Yaqinda voyaga etmagan va Robert Riteri, materialshunoslik va mexanik muhandislik professor-o'qituvchilari pioneumni qayta ishlash usulini ishlab chiqdilar va keskin kuch va egiluvchanlik bilan metallni hosil qiladi.

Savdo-texnik va muhandislik professorlari (chapdan) Daryl Krzan, Mark OstA, MARTA KORMOZIYA IV (Elektron vositalar bilan tuzatilgan mikroskop) loyihasi (Elektron vositalar bilan tuzatilgan mikroskop) loyihasi (Elektron vositalar bilan tuzatilgan mikroskop) loyihasi (Elektron muhitni tuzatgan mikroskop) loyihasi (Elektron vositalar bilan tuzatilgan mikroskop) loyihasi (Elektron vositalar bilan tuzatildi mikroskop) loyihasi (Elektron vositalar bilan tuzatilgan mikroskop) loyihasi. (Adam La / Berkli muhandisligi surati)

Qabaslardan tashqari, tarkibiy metallarni mustahkamlashning yana bir usuli - bu kristallar sonini tikish, shuningdek, prokat va presslash kabi issiqlik va mexanik ishlov berish orqali metallni tashkil etadi. Don hajmini sub-mikrometriya yoki nanometrlarga kamaytirish orqali tadqiqotchilar nanotwinlangan tuzilmalarni yoki tanlangan kristalli tuzilmalardan kelib chiqadigan metallning nuqsonlarini joriy etishlari mumkin. NanotWined inshootlari qashshoq va sinish xavfini, starar slips uchun to'siq sifatida harakat qilish orqali kamaytiradi. Nanotwined tuzilmalarining nasl va yo'naltirilganligini tikish orqali, mayyin, mexanik xususiyatlar yanada optimallashtirish mumkin. Ammo buni qilishning an'anaviy usullari fristial va arzon emas.

Buning o'rniga, kichik, ritchiya va hamkasblar bir nechta nanotinchilgan tuzilmalarni soko-mexanik jarayon orqali toza titanda tanishtirishdi. Ular kub shaklidagi titan bo'laklaridan foydalanganlar. Yalsamizning aytishicha, mayda aytilishicha, dastlabki don tarkibini saqlab, metallni mustahkamlaydigan nanotwinlangan tuzilmalarning zichligini nazorat qiladi. Eng yaxshisi, jarayon kuchli issiqlikka ishonmaydi va bugungi kunga qaraganda ancha kengroq dasturlar uchun Titanni yanada kengroq qilishning barqaror usuli.

Qo'rquvchi materialning mexanik xususiyatlari, xususan kuch va egiluvchanlik, juda yuqori, kriogen haroratlar kabi ushlab turadi. Kichikning aytishicha, nanotwinlangan titanning chiqishlari juda sovuq reaktiv magnitlar, suyultirilgan gaz tanklari, shuningdek chuqur okean yoki chuqur kosmik muhitga ta'sir qiladigan materiallar kabi narsalarni, shuningdek, uzluksiz tutqichlarni saqlash kabi narsalar uchun ideal qiladi.

Tez orada yangi Titanning yangi ishlab chiqarish jarayoni bir kunni yoritilishi mumkinmi, deb so'radi Minka nima uchun? Bugungi kunda ishlatiladigan KRoll jarayoni kabi narsalarni qilish qiyinroq, bu erda material elektrdan ajratilishi kerak va butun jarayon katta miqdordagi quvvat oladi. "Va bu qichqiriqni ochib, biz shunchaki narsalarni hammomga qo'yamiz."