Новое время для титана

Sep 01, 2023

Новое время для титана

Будущее мяса

На горизонте

Примечание декана: Государственные партнеры в инновациях

Среди металлов прочность и легкость титана, коррозионная стойкость и способность выдерживать экстремальные температуры уже давно выделяют его ценность, особенно для применений, чувствительных к весу и окружающей среде. Когда он был впервые описан в конце 18 века, один из первооткрывателей назвал этот металл в честь Титанов — богов, рожденных на Земле и небе в древнегреческой мифологии.

Время лишь отполировало блеск титана. «Я ученый-материаловед, поэтому люди иногда спрашивают меня: «Какой элемент твой любимый?» — говорит Эндрю Майнор, профессор материаловедения и инженерии. По его словам, для зданий, самолетов, ракет, космических кораблей и многого другого: «Если вам нужен самый прочный материал при минимальном весе, это титан. Если бы мы могли, мы бы сделали все из титана».

Действительно, для промышленных дизайнеров перспектива создания прочных, легких, высокоэкономичных автомобилей, грузовиков и самолетов или суперкоррозионностойких грузовых кораблей из титана должна быть мечтой.

Проблема? «Это слишком дорого», — говорит Майнор о промышленном титане или титановых сплавах, которые в противном случае могли бы заменить сталь, когда достаточно будет только самых прочных и долговечных материалов. Фактически, стоимость производства титана примерно в шесть раз превышает стоимость изготовления нержавеющей стали. В результате его использование по-прежнему ограничивается специальными деталями для аэрокосмической отрасли, предметами высокого класса, такими как ювелирные изделия, или другими нишевыми приложениями.

Более того, чистый титан обладает лишь умеренной прочностью, объясняет Майнор. Его можно укрепить такими элементами, как кислород, алюминий, молибден, ванадий и цирконий; однако часто это происходит за счет пластичности — способности металла вытягиваться или деформироваться без разрушения.

Теперь, после десятилетия исследований, возможно, приближается новая эра титана, включающая значительно расширенные инженерные применения, благодаря Майнору и его коллегам из Беркли, в том числе Марку Асте, Дэрилу Хрзану и Дж. У. Моррису-младшему, также профессорам кафедры Материаловедение и инженерия. Они исследовали и исследовали титан различными способами в надежде расширить его практическое использование для различных структурных или инженерных применений.

В серии исследований исследователи разработали важные новые идеи о титане, в том числе рецепты изготовления лучших титановых сплавов, а также метод крио-ковки для производства титана промышленного класса — достижения, которые в конечном итоге могут привести к более экономичному и устойчивому производству титана. производство.

Схематический рисунок криомеханического процесса, в результате которого образуется нанодвойник титана. (Иллюстрация Эндрю Минора)

Важно понимать, что стоимость титана обусловлена ​​не его редкостью. Титан не является драгоценным металлом; скорее, он встречается почти повсюду по всему миру, в магматических породах у поверхности. Это девятый по распространенности элемент на Земле и четвертый по распространенности металл, и его можно использовать для изготовления вещей как в чистом виде, так и в виде сплава.

Вместо этого, как объясняет Майнор, причиной чрезмерной стоимости титана коммерческого качества является сложный процесс Кролла, который чаще всего используется для изготовления титановых прутков, слитков и других форм металла, из которых можно изготовить пригодные для использования детали и другие продукты. Этот процесс включает использование дорогих материалов, таких как газ аргон, и является энергоемким, требующим многократного плавления при чрезвычайно высоких температурах, особенно для контроля примесей кислорода.

Действительно, между титаном и кислородом существует загадочная связь, которую Майнор, Аста, Хрзан, Моррис и коллеги хотели лучше понять. Команда знала, что примесь кислорода часто используется в титановых сплавах, чтобы добиться мощного упрочняющего эффекта. Титан, полученный с небольшим увеличением количества атомарного кислорода, может привести к получению металла с увеличением прочности в несколько раз.