Aliajele de titan sunt materiale structurale importante pentru o gamă largă de aplicații, de la infrastructura aerospațială și energetică până la dispozitivele biomedicale. Ca și în cazul majorității metalelor, optimizarea performanței Titanului implică adesea o compensare între două proprietăți cheie: rezistență și ductilitate. Materialele mai puternice tind să fie mai puțin deformabile, în timp ce materialele deformabile tind să fie mai slabe mecanic.
Recent, cercetătorii de la Massachusetts Institute of Technology (MIT), în colaborare cu cercetătorii de la ATI Specialty Materials, au descoperit o modalitate de a crea noi aliaje de titan. Această metodă ar putea produce noi aliaje de titan cu o combinație de rezistență superioară și ductilitate, ceea ce ar putea duce la noi aplicații. Descoperirea a fost publicată în revista Advanced Materials.
Echipa spune că îmbunătățirile provin din modificarea compoziției chimice și a structurii de rețea a aliajului, împreună cu tehnicile de procesare. Aliajele de titan, de exemplu, sunt importante datorită proprietăților lor mecanice excelente, rezistenței la coroziune și a greutății ușoare în comparație cu oțelul. Varietatea structurilor care pot fi create prin selectarea atentă a elementelor de aliere și proporțiile lor relative, precum și modul în care materialul este procesat, atât la temperaturi scăzute, cât și la temperaturi ridicate, creează un domeniu uriaș pentru obținerea unei combinații bune de proprietăți.
Alegerea proporțiilor elementelor de aliere trebuie să fie ghidată de o metodologie pentru a produce materiale care să răspundă aplicațiilor specifice și nevoilor specifice. Rezultatele analitice și experimentale descrise în acest studiu oferă o astfel de abordare.
Potrivit cercetătorilor, strategia cheie a acestei abordări de proiectare este de a lua în considerare diferite scări. O scară este structura unui singur cristal. De exemplu, prin selectarea atentă a elementelor de aliere, se poate obține o structură de cristal alfa în fază mai optimă, permițând mecanisme specifice de deformare. Cealaltă scară este scala policristalină, care implică interacțiunea - și -fazicilor. Astfel, abordarea urmată aici implică considerații de proiectare pentru ambele.
Pe lângă alegerea materialului și a scării din aliaj potrivit, etapele de procesare joacă și un rol important. Cercetătorii au descoperit că o tehnică numită „rularea încrucișată” este esențială pentru realizarea combinației de forță și ductilitate. Diverse aliaje deformate au fost testate la un microscop electronic de scanare, dezvăluind detalii despre modul în care microstructura lor răspunde la sarcini mecanice externe. Un set specific de parametri compoziționali, proporționali și de procesare a metodei de procesare produce o structură în care fazele alfa și beta împărtășesc uniform deformarea, reducând tendința de a se produce fisurarea între faze și de a armoniza faza de deformare. Acest răspuns sinergic la deformare poate produce materiale superioare.
Structura materialului este observată pentru a înțelege cele două faze și morfologia acestora. Proprietățile lor chimice sunt observate prin analiza chimică localizată la scară atomică. O varietate de tehnici sunt utilizate pentru a cuantifica diferitele proprietăți ale materialelor la scări de lungime multiplă. Când ne uităm la proprietățile generale ale aliajelor de titan produse conform sistemului lor, s -a constatat că aceste proprietăți erau într -adevăr mult mai bune.
Cercetătorii spun că aceasta este o cercetare academică susținută de industrie, care vizează validarea principiilor de proiectare ale aliajelor disponibile comercial. Scopul colaborării a fost de a obține o înțelegere fundamentală a plasticității cristalelor. Strategia de proiectare s -a dovedit a fi eficientă, demonstrând științific modul în care funcționează, dar există încă mult loc pentru îmbunătățiri.
