Kun valmistaja ajattelee täydellistä materiaalia, vahva, kevyt ja joustava ovat kolme tärkeintä adjektiivia, jotka saattavat tulla mieleen. Tämä johtuu siitä, että näiden ominaisuuksien ansiosta materiaalia voidaan käyttää erilaisissa sovelluksissa ja se kestää samalla valtavia rasituksia. Nyt uusi tutkimus on johtanut uuden titaaniseoksen kehittämiseen, jota on kutsuttu vahvimmaksi kaikista tällä hetkellä markkinoilla olevista kaupallisista titaaniseoksista. Tällä uudella metalliseoksella voi olla suuri vaikutus muun muassa auto- ja ilmailuteollisuuteen.
Hiilikuitua on yleisesti pidetty viimeisimpänä ja merkittävimpänä materiaalivallankumouksena, mutta tämä uusi titaaniseos voi viedä voiton. Sen nimi on Ti185, ja sitä valmistettiin itse asiassa ensimmäisen kerran noin 50 vuotta sitten. Raaka valmistusprosessi aiheutti kuitenkin epäjohdonmukaisen metalliseoksen, jossa materiaali oli paikoin vahvaa mutta paikoin haurasta. Metallurgit yrittivät tuolloin sekoittaa raakaa titaania rautaan sekä vanadiinia ja alumiinia Ti185:n luomiseksi. Ongelmana oli, että seos päätyi paakkuuntumaan raudan kanssa, mikä johti virheisiin valmiissa tuotteessa. Metallurgit eivät pystyneet tuottamaan seosta kaupallisiin tarkoituksiin, ennen kuin nyt.
Puhdas titaani ei itse asiassa ole kovin vahvaa, joten valmistajien kaipaamien ominaisuuksien aikaansaamiseksi sille on luotava seos. Lisätäkseen nykyisin ilmailu- ja lentokonevalmistuksessa käytettävien yleisten titaaniseosten lujuutta yhdysvaltalaisen energiaministeriön Pacific Northwest National Laboratorion (PNNL) tutkijat kehittivät tavan tuottaa Ti185:tä edullisesti. He onnistuivat tässä järjestämällä atomit tiettyyn kuvioon muodostaakseen erityisen nanorakenteen.
Ensimmäistä kertaa tutkijat pystyivät näkemään tämän atomien kohdistuksen läheltä, ja sitten nämä tutkijat veivät sen askeleen pidemmälle. PNNL:n tutkijat manipuloivat sitten nanorakennetta luodakseen vahvimman koskaan kehitetyn titaaniseoksen. Tämän uuden prosessin lisähyötynä on myös se, että se on kustannustehokkaampi verrattuna tavanomaisten titaaniseosten valmistukseen.
”Havaitsimme, että jos sitä lämpökäsitellään ensin korkeammassa lämpötilassa ennen matalan lämpötilan lämpökäsittelyvaihetta, voidaan luoda titaaniseos, joka on 10-15 prosenttia vahvempi kuin mikään tällä hetkellä markkinoilla oleva kaupallinen titaaniseos ja jolla on noin kaksinkertainen lujuus teräkseen verrattuna”, sanoi PNNL:n materiaalitutkija Arun Devaraj. bit.ly/2blCAPu
Tutkijat testasivat metalliseoksen lujuutta vetämällä tai jännittämällä, kunnes titaani petti. Ti185:n todettiin olevan 10-15 prosenttia vahvempi kuin perinteiset titaaniseokset, mikä on monumentaalinen saavutus, joka on vain vaikuttavampi yhdistettynä alhaisiin tuotantokustannuksiin. Ti185 on noin kaksi kertaa vahvempi kuin autoteollisuudessa käytetty autoteräs, ja se on myös puolet kevyempi.
PNNL:n havainnot menevät myös paljon pidemmälle kuin pelkkä titaanin kanssa työskentely. He saattavat jopa pystyä käyttämään prosessiaan jopa useampien seosten parantamiseen.
”Tämä ylittää sen rajan, mitä voimme tehdä titaaniseoksilla, – Nyt kun ymmärrämme, mitä tapahtuu ja miksi tällä seoksella on niin suuri lujuus, tutkijat uskovat, että he saattavat pystyä muokkaamaan muitakin seoksia luomalla tarkoituksellisesti mikrorakenteita, jotka muistuttavat Ti185:n sisältämiä.” Devaraj selittää.
Tämä tutkimus voi johtaa vieläkin uraauurtavampiin metallurgisiin keksintöihin, jotka voivat auttaa maailmaa eteenpäin. Uudet lentokoneet, ilmailu- ja avaruusteknologia ja kuluttaja-autot voivat pian luottaa näihin kehittyneisiin seoksiin, ja se saattaa olla vasta alkua. Kyky valmistaa poikkeuksellisen lujia materiaaleja ja pitää samalla kustannukset alhaisina on valmistajien unelma.
Huippuvalmistajien unelma.