זמן חדש לטיטניום (2)
אסטרטגיות עיצוב שקוטעות את תהליך הדשדוש של חמצן-אטום או מקדמות ננו-מבנים למניעת הצטברות של החלקות מישוריות עשויות להוביל לסגסוגות טובות יותר. לסגסוגות האלה יהיו יישומים, במיוחד בתעשיות הרכב והחלל, אומר מינור.
קריו-זיוף טיטניום ננו-מנצח
פרופסור אנדרו מינור שופך חנקן נוזלי על דגימת טיטניום, ומדגים את תהליך חישול הקריו המשמש ליצירת טיטניום ננוזיג במעבדתו. (צילום: אדם לאו / ברקלי הנדסה)
כדי לטפל בבעיות אלו ואחרות, הצוות מסתמך על שילוב של מודלים ממוחשבים, מיקרוסקופ אלקטרונים העברה (TEM), ושיטות הדמיה אחרות וניסויים.
"אחד הדברים שהיו נחמדים בפרויקט הזה הוא שלפעמים אנשי החישוב והתיאורטיקנים נמצאים קצת קדימה, ופעמים אחרות אלו הניסויים", אומרת אסטה. "אנחנו נפגשים לעתים קרובות ומדברים על הממצאים שלנו ועל הרעיונות החדשים שלנו".
המחקר של הצוות על רגישות החמצן של טיטניום, למשל, הוביל למחקר של טיטניום סגסוגת אלומיניום וחמצן. הם גילו שניתן לחסל את התפרקות החמצן על ידי הוספת כמויות קטנות של אלומיניום, במיוחד בטמפרטורות קריוגניות, הנמוכות מ--150 מעלות צלזיוס.
עם הכמויות הנכונות של אלומיניום וחמצן, אומר הצוות, הזמנה חדשה של מבנה גבישי הטיטניום מנע דשדוש של אטומי חמצן שיוביל להצטברות מזיקה של נקעים ובסופו של דבר שברים. יתרה מכך, מכיוון שהכנסת האלומיניום הפחיתה את רגישות החמצן של טיטניום באופן כללי, עלויות העיבוד ליצירת מתכת שמישה גם יופחתו.
במחקר נוסף, הצוות בחן מחקרים שחזרו לשנות ה-60 והראו שמתכות וסגסוגות רבות מציגות עלייה דרמטית במשיכות כשהן נתונות לפולסים חשמליים תקופתיים במהלך דפורמציה של המתכת. עם זאת, המנגנונים הבסיסיים מדוע מה שנקרא אלקטרופלסטיות זו עשויה להיות נכונה אינם ברורים.
"אלקטרופלסטיות יכולה להוביל להפחתת עלויות עבור עיבוד מתכות מכיוון שדרושה פחות אנרגיה ליצור מתכת עם פולסים חשמליים מאשר חימום המתכת כולה עד לטמפרטורה גבוהה כדי להשיג את אותה יכולת צורה", אומר מינור. "מעניין, ההשפעה הזו של אלקטרופלסטיות היא אוניברסלית בכך שהוכח שהיא פועלת למעשה לכל מתכת, לא רק טיטניום."
הצוות ביצע בדיקות מתיחה של המתכת בשלוש תנאים שונים: טמפרטורת חדר ללא זרם חשמלי, עם פולס חשמלי תקופתי של 100 אלפיות השנייה, ועם זרם קבוע. מכיוון שהפעלת זרם חשמלי מחממת את המתכת, הצוות דאג להבחין בין ההשפעות הנגרמות רק על ידי חשמל מאלה שנגרמות על ידי חום.
התוצאות שלהם הראו שלמרות השימוש בפעימה תקופתית קטנה יותר ממחקרים קודמים, שיטת הזרם הפולס שיפרה את התארכות המתיחה של סגסוגת הטיטניום וכן את החוזק המרבי שלה. הם מציינים שהאפקט הזה היה ספציפי רק לניסוי הזרם הדופק.
בעזרת TEM כדי לראות שינויים במבנה הגבישי של המתכת, התוצאות שלהם מצביעות על כך שהטיפול בזרם הדופק מדכא פריקות החלקה מישוריות. החוקרים מצאו שהפולס החשמלי מקשיח את החומר ומסכל את התפתחות החלקה מישורית על ידי שמירה על דפוס נקע תלת מימדי מפוזר שבסופו של דבר מספק חוזק וגמישות גבוהים.
(המשך)
