Waktu Baru Untuk Titanium (3)

Titanium kembaran nano

(Lanjutan)

Baru-baru ini, Minor dan Robert Ritchie, profesor ilmu material dan teknik mesin, mengembangkan metode pemrosesan massal perintis untuk membuat titanium murni yang lebih murah dan menghasilkan logam dengan kekuatan tarik dan keuletan yang lebih besar.

profesor Daryl Chrzan, Mark Asta, dan Andrew Minor berdiri di dekat mikroskop elektron TIM I

Profesor sains dan teknik material (dari kiri) Daryl Chrzan, Mark Asta, dan Andrew Minor dengan proyek TIM I (Mikroskop Koreksi Aberasi Elektron Transmisi) di Pusat Mikroskop Elektron Nasional Lab Berkeley. (Foto oleh Adam Lau / Berkeley Engineering)

Selain paduan, cara lain untuk memperkuat struktur logam adalah dengan menyesuaikan ukuran kristal - juga dikenal sebagai butiran - yang menyusun logam dengan menggunakan panas dan proses mekanis, seperti penggulungan atau pengepresan. Dengan mengurangi ukuran butir menjadi sub-mikrometer atau nanometer, para peneliti dapat memperkenalkan apa yang disebut struktur nanotwinned, atau cacat pada logam yang disebabkan oleh struktur kristal yang selaras. Struktur nanotwinned meningkatkan kekuatan dan menurunkan risiko patah dengan bertindak sebagai penghalang terhadap slip planar. Dengan menyesuaikan jarak dan orientasi struktur nanotwinned, kata Minor, sifat mekanik dapat dioptimalkan lebih jauh lagi. Namun metode tradisional untuk melakukan hal ini bukanlah hal yang sepele dan murah.

Sebaliknya, Minor, Ritchie, dan rekannya memperkenalkan beberapa struktur nanotwinned dalam titanium murni melalui proses cryo-mekanis. Mereka menggunakan potongan titanium berbentuk kubus yang ditekan di tiga sisinya dengan nitrogen cair. Kompresi lembut, kata Minor, mengontrol kepadatan struktur nanotwinned yang memperkuat logam sekaligus mempertahankan struktur butiran awalnya. Yang terbaik dari semuanya, prosesnya tidak bergantung pada panas yang hebat dan mungkin merupakan cara yang lebih berkelanjutan untuk membuat titanium untuk aplikasi yang jauh lebih luas dibandingkan saat ini.

Sifat mekanik dari material cryo-forged, khususnya kekuatan dan keuletan, bertahan pada suhu yang sangat tinggi dan juga suhu kriogenik. Minor mengatakan kinerja titanium nanotwinned membuatnya ideal untuk hal-hal seperti mesin jet yang sangat panas serta lingkungan pengoperasian yang sangat dingin yang menyarankan penggunaan seperti cincin penahan untuk magnet superkonduktor, bagian struktural tangki gas alam cair, serta bahan yang akan digunakan. terpapar pada lingkungan laut dalam atau luar angkasa.

Ketika ditanya apakah proses fabrikasi titanium tingkat komersial yang baru akan segera dikembangkan, Minor berkata, mengapa tidak? Lebih sulit melakukan hal seperti proses Kroll yang digunakan saat ini, di mana material harus diisolasi secara elektrik dan keseluruhan proses memerlukan daya yang sangat besar. "Dan penempaan cryo ini, Anda tahu, kami hanya akan memandikan semuanya."