研究人员使用Cryo-Forging过程生产高纯钛Nanotwinned结构

钛是强大和轻量级,拥有最高的强度重量比金属结构。但处理,同时保持良好的强度和延性的平衡——一个金属被画出来而不破坏的能力——是具有挑战性的和昂贵的。因此,钛被降级利基选择行业的使用。

现在,最近的一项研究报告发表在《科学》杂志上,研究人员在美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)发现了一个新的实亚博老虎机网登录用的前进道路。

研究小组发现,他们可以利用一种称为cryo-forging操纵的技术纯钛的一米的1000000000(纳米)在极低的温度下产生的超强“nanotwinned”钛在不牺牲其延性。

“这项研究是第一次有人生产纯nanotwinned结构散装材料,”Andrew微小说,这项研究的项目领导和国家中心主任电子在分子铸造,纳米科学的用户设备在伯克利实验室。亚博老虎机网登录“nanotwinned钛,我们不再需要选择强度和延性,而是可以实现。”

小规模的变化在很大程度上影响属性

金属的机械性能在一定程度上取决于他们的谷物——小个体重复原子晶体领域的模式,形成材料的内部结构。界限谷物,模式变化,加强金属通过阻止缺陷称为混乱穿越和削弱材料的结构。想象谷物为街道和晶界为红灯时,防止通过原子“汽车。”

加强金属的一个方法是简单地减少谷物的规模创造更多的边界通过锻造——压缩材料在高温下甚至室温轧制或锤击。然而,这种类型的处理往往是以牺牲的延性,内部结构使它容易断裂。

较小的粮食“街道”和“红绿灯”的增加导致原子交通拥堵和打破了材料。

“材料的强度通常是与室内颗粒的大小,越小越好,”微小说,他也是一个加州大学伯克利分校材料科学和工程学教授。亚博网站下载亚博老虎机网登录“但高强度和延性通常是相互排斥的属性。”

输入nanotwins。Nanotwins是一种特定类型的原子排列的微小晶体结构排列对称边界,就像彼此的镜像。回到原子道路,粮食“街道”上的信号灯变成speedbumps nanotwinned结构,使原子更容易移动没有压力的累积,同时保持强度增加。

把钛的双胞胎

Nanotwinned材亚博网站下载料并不新鲜。然而,通常需要专业技术,可以是昂贵的。这些技术的选择集金属如铜和通常只用于制造薄膜。此外,大多数时候薄膜性质不转化为散装材料。亚博网站下载

创建nanotwinned钛,研究小组使用了一个简单的技术,cryo-forging——操纵的结构金属在极低的温度下。非常纯粹的技术始于一个立方体(超过99.95%)钛放入液氮在零下321华氏度。多维数据集被淹没时,压缩应用于立方体的每个轴。

在这种情况下,材料的结构开始形成nanotwin边界。多维数据集是删除任何后加热到750华氏度之间的结构性缺陷,形成双边界。

研究人员把新形成的材料通过一系列分子铸造的压力测试和使用电子显微镜发现其独特属性的来源。

在这些测试中,他们发现nanotwinned钛有更好的成形性,因为它有能力形成新的nanotwin边界和撤销先前形成的边界,这两种变形。他们测试了材料的极端气温高达1112华氏度,热熔岩流动,并发现它保持它的结构和性能,说明材料的多功能性。

至超低温,nanotwinned钛比正常钛能够承受更大的压力,这是相反的大多数金属,通常发生在低温下,大多数材料变得更加脆弱。亚博网站下载

这些nanotwin结构的大小和数量可以改变金属的特点。

在钛的案例中,研究人员发现nanotwinning翻倍的金属的强度和在室温下其延性增加了30%。在超低温度,改善更大——nanotwinned钛能够在压裂前长度的两倍。

Nanotwinned钛也在相对较高的温度下保持其优良性能,表明这些属性不仅坚持旧金山湾区温带气候,而且在附近的外太空的极端寒冷和酷热的喷气发动机。

捏造nanotwinned钛使用cryo-forging可能是有效的,可伸缩的商用产品,并产生一个容易回收产品。此外,正如小所说,“我们显示,钛nanotwinning机制,但很可能会在其他材料延性限制工作。”亚博网站下载从这里开始,研究人员希望的过程中,他们为钛开发并确定它是否也适用于其他金属。

分子铸造是一个美国能源部国家用户装置在伯克利实验室。

从加州大学伯克利分校的研究人员为研究做出了贡献。

这项工作是由美国能源部科学办公室和美国海军研究办公室。亚博老虎机网登录

来源:https://www.lbl.gov/

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