Når en producent tænker på det perfekte materiale, er stærkt, let og fleksibelt de tre vigtigste adjektiver, der kan komme i tankerne. Det skyldes, at disse egenskaber gør det muligt at anvende materialet i en række forskellige anvendelser, samtidig med at det er i stand til at modstå enorme belastninger. Nu har ny forskning ført til udviklingen af en ny titanlegering, der er blevet kaldt den stærkeste af alle kommercielle titanlegeringer på markedet i øjeblikket. Denne nye legering kan få stor betydning for bilindustrien, luftfartsindustrien og meget mere.
Kulfiber er i vid udstrækning blevet accepteret som den seneste og mest betydningsfulde materialerevolution, men denne nye titanlegering kan tage kagen. Den hedder Ti185 og blev faktisk først produceret for omkring 50 år siden. Den grove fremstillingsproces gav imidlertid en inkonsekvent blanding af metal, hvor materialet var stærkt nogle steder, men skørt andre steder. Dengang forsøgte metallurgerne at blande rå titanium med jern sammen med vanadium og aluminium for at skabe Ti185. Problemet var, at blandingen endte med at klumpe sammen med jernet, hvilket førte til defekter i det færdige produkt. Metallurgerne var ikke i stand til at fremstille legeringen til kommercielle formål, indtil nu.
Rent titanium er faktisk ikke så stærkt, så for at give det de egenskaber, som fabrikanterne søger, skal der skabes en legering. For at øge styrken af almindelige titanlegeringer, der i dag anvendes i rumfart og flyproduktion, har forskere fra det amerikanske energiministeriums Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) udviklet en måde at producere Ti185 til en overkommelig pris på. Den måde, de opnåede dette på, var ved at arrangere atomerne i et specifikt mønster for at danne en særlig nanostruktur.
Det var første gang, at forskerne har været i stand til at se denne atomare tilpasning på tæt hold, og så tog disse forskere det et skridt videre. Forskerne på PNNL manipulerede derefter nanostrukturen for at skabe den stærkeste titanlegering, der nogensinde er udviklet. En anden ekstra fordel ved denne nye proces er, at den er mere omkostningseffektiv sammenlignet med fremstilling af konventionelle titanlegeringer.
“Vi fandt ud af, at hvis man først varmebehandler den med en højere temperatur før et varmebehandlingstrin ved lav temperatur, kan man skabe en titanlegering, der er 10 til 15 procent stærkere end nogen kommerciel titanlegering på markedet i øjeblikket, og at den har omtrent dobbelt så stor styrke som stål”, siger Arun Devaraj, der er materialeforsker ved PNNL. bit.ly/2blCAPu
Forsker testede legeringens styrke ved at trække eller anvende spænding, indtil titanen svigtede. Ti185 viste sig at være 10-15 % stærkere end konventionelle titanlegeringer, hvilket er en monumental præstation, som kun er endnu mere imponerende sammen med de lave produktionsomkostninger. Ti185 er omkring dobbelt så stærk som bilstål, der anvendes i bilindustrien, og det er også halvt så tungt.
PNNL’s resultater rækker også langt videre end blot at arbejde med titanium. De kan måske endda være i stand til at bruge deres proces til at forbedre endnu flere legeringer.
“Dette skubber grænsen for, hvad vi kan gøre med titanlegeringer, – Nu hvor vi forstår, hvad der sker, og hvorfor denne legering har så høj styrke, mener forskerne, at de måske kan ændre andre legeringer ved bevidst at skabe mikrostrukturer, der ligner dem i Ti185.” Devaraj forklarer.
Denne forskning kan føre til endnu flere banebrydende metallurgiske opdagelser, der kan være med til at skubbe verden fremad. Nye fly, rumfartsteknologier og forbrugerbiler” kunne snart være afhængige af disse avancerede legeringer, og det er måske kun begyndelsen. At have mulighed for at fremstille materialer med usædvanlig høj styrke, samtidig med at omkostningerne holdes nede, er en drøm for fabrikanterne.