Yon nouvo tan pou Titanium (1)
Pami metal yo, fòs ak légèreté Titàn, rezistans korozyon, ak kapasite pou kenbe tèt ak tanperati ekstrèm gen lontan distenge valè li yo, patikilyèman pou aplikasyon pou pwa ak anviwònman-sansib. Lè li te premye dekri nan fen 18tyèm syèk la, yon ko-dekouvèt yo te rele metal la pou titan yo - bondye ki fèt sou Latè ak syèl nan ansyen mitoloji grèk.
Tan te sèlman boule ekla Titàn la. "Mwen se yon syantis materyèl, e konsa moun pafwa mande m ', 'Ki eleman ou pi renmen?'" di Andrew Minor, pwofesè nan syans materyèl ak jeni. Pou bilding, avyon, misil, veso, ak plis ankò, li di, "Si ou vle materyèl ki pi fò pou pi piti kantite pwa, li nan Titàn. Si nou te kapab, nou ta fè tout bagay soti nan Titàn."
Vreman vre, pou konsèpteur endistriyèl, pwospè a nan machin fò, ki lejè, trè efikas gaz, kamyon, ak avyon, pou egzanp, oswa bato kago super korozyon ki reziste, Titàn dwe bagay la nan rèv.
Pwoblèm nan? "Li twò chè," Minor di nan endistriyèl-klas Titàn oswa alyaj Titàn ki ta ka otreman ranplase asye lè sèlman materyèl ki pi fò, ki pi dirab ap sifi. Pri a nan fè Titàn se apeprè sis fwa pi gran pase sa yo ki an asye pur. Kòm yon rezilta, itilizasyon li yo te limite a sa sèlman pati espesyalite pou ayewospasyal, atik wo-fen tankou bijou, oswa lòt aplikasyon nich.
Anplis de sa, pi bon kalite Titàn gen sèlman fòs modere, Minor eksplike. Li ka ranfòse ak eleman tankou oksijèn, aliminyòm, molybdène, vanadyòm, ak zirkonyòm; sepandan, sa se souvan nan depans lan nan duktilite - kapasite yon metal yo dwe trase oswa defòme san yo pa fraktire.
Kounye a, apre yon deseni nan rechèch, yon nouvo epòk pou Titàn, ki gen ladan aplikasyon jeni anpil elaji, ka apwoche, gras a Minor ak kòlèg li yo Berkeley, tankou Mark Asta, Daryl Chrzan, ak JW Morris Jr., tou pwofesè nan Depatman an. nan Syans Materyèl ak Jeni. Yo te sonde ak prodding Titàn nan nenpòt kantite fason nan espwa pou elaji itilizasyon pratik li yo pou yon varyete aplikasyon estriktirèl oswa jeni.
Olye de sa, sa ki kondwi twòp pri Titàn klas komèsyal, Minor eksplike, se pwosesis konplèks Kroll ki pi souvan itilize pou fè ba Titàn, lengote, ak lòt fòm metal ki ka fabrike nan pati ki ka itilize ak lòt pwodwi. Pwosesis la gen ladan itilizasyon materyèl chè tankou gaz agon, epi li se enèji-entansif, ki egzije plizyè fonn nan tanperati ki wo anpil, espesyalman pou kontwole enpurte oksijèn.
Vreman vre, Titàn ak oksijèn gen yon relasyon mystérieu, youn ki Minor, Asta, Chrzan, Morris, ak kòlèg yo te vle konprann pi byen. Ekip la te konnen ke yo souvan itilize yon enpurte oksijèn pou alyaj Titàn pou ekipe yon efè ranfòse ki pisan. Titàn fèt ak jis yon ti ogmantasyon nan kantite oksijèn atomik ka lakòz yon metal ak yon ogmantasyon plizyè pli nan fòs.
Malerezman, oksijèn an kapab tou bay yon diminisyon menm pi gwo nan duktilite metal la. Li vin frajil epi li pral kraze ak kraze.
Men, "oksijèn se tout kote," Minor di sou difikilte pou nan manevwe alantou gwo reyaksyon Titàn nan oksijèn. "Se pa kèk enpurte ki soti nan materyèl sous ke ou ka jis evite."
Li karakterize sansiblite Titàn nan oksijèn kòm ekstrèm. "Li vrèman etranj ki jan pwisan li ye," Minor di. Li egzèse efè sou metal la, tou de bon ak move, tandiske prezans nan kantite menm jan oksijèn se ensiyifyan pou metal tankou aliminyòm ak asye paske li ka fè fas ak nan pwosesis pi fasil.
Pou aprann plis, ekip la te tounen nan enfòmatik segondè-pèfòmans nan modèl pwosesis la deformation nan Titàn anba estrès ak ak diferan kantite oksijèn. Modèl òdinatè, Asta di, se yon "ansanm pwisan nan zouti ki kite nou mennen ankèt sou defi sa a eksepsyonèl nan metaliji Titàn."
Nan pi gwo dekouvèt ekip la, yon melanje atòm oksijèn nan estrikti kristal Titàn lè metal la anba estrès te vin kle pou konprann pèt duktilite a. Nan yon eta ki pa estrès, molekil oksijèn abite san okenn ensidan nan twou vid ki genyen ant atòm Titàn. Men, anba fòs mekanik, atòm oksijèn yo ka ale nan espas adjasan kote yo bay mwens rezistans nan dislokasyon ki, si yo gaye, febli metal la.
"Oksijèn nan ankouraje yon feblès estriktirèl," di Minor. Kòm fòs mekanik defòme metal la, atòm oksijèn ki deplase yo, olye ke bloke gaye defo estriktirèl yo, ka fasilite yon sa yo rele glise plan.
Yon glise plan, Asta di, se tankou yon rid nan domaj nan estrikti kristal metal la ki bati youn sou lòt, evantyèlman mennen nan ka zo kase, fant, ak yon moso frajil nan metal.
Pou konprann ki jan yon dislokasyon ka fòme ak gaye nan Titàn, Chrzan sijere vizyalize ap eseye deplase yon gwo, tapi lou.
"Yon tapi gwo anpil ka ranmase nan yon bout epi trennen atravè etaj la nan yon nouvo pozisyon," li te di. Men, yon lòt fason pou deplase tapi a se kreye yon tranch rid nan yon bout ak Lè sa a, pa shuffling pye ou atravè tèt la nan tapi an, ou ka "mache" rid la nan lòt bout la. Si pa gen anyen ki bloke mouvman li yo, tout tapi an pral deplase pa yon distans ki egal a lajè rid la.
"Ripples" sa yo nan Titàn ka wè ak mikwoskòp elèktron. "Ou ka wè tout dislokasyon yo aliyen, nan ranje," Minor di. "Epi sa a se move pou duktilite paske si yo liy epi sèlman swiv youn ak lòt, yo pa jwenn anmele moute [e konsa sispann] konsa ke metal la pa travay di. Ou jwenn yon konsantrasyon estrès, e se la ou jwenn. yon krak."
(Pou kontinye)