Une nouvelle ère pour le titane (3)
Titane nanojumelé
(Suite)
Plus récemment, Minor et Robert Ritchie, professeurs de science des matériaux et de génie mécanique, ont développé une méthode pionnière de traitement en masse pour fabriquer du titane pur moins coûteux et donnant un métal avec une plus grande résistance à la traction et une plus grande ductilité.
les professeurs Daryl Chrzan, Mark Asta et Andrew Minor devant le microscope électronique TEAM I
Professeurs de science et d'ingénierie des matériaux (de gauche à droite) Daryl Chrzan, Mark Asta et Andrew Minor avec le projet TEAM I (Transmission Electron Aberration-corrected Microscope) du Centre national de microscopie électronique du Berkeley Lab. (Photo par Adam Lau / Berkeley Engineering)
Outre les alliages, une autre façon de renforcer les métaux structurels consiste à adapter la taille des cristaux – également appelés grains – qui composent le métal en utilisant un traitement thermique et mécanique, tel que le laminage ou le pressage. En réduisant la taille des grains à des niveaux inférieurs au micromètre ou au nanomètre, les chercheurs peuvent introduire ce que l'on appelle des structures nanotwinnées, ou des défauts dans le métal provoqués par des structures cristallines alignées. Les structures nanojumelées améliorent la résistance et réduisent le risque de fracture en agissant comme une barrière contre les glissements planaires. En adaptant l'espacement et l'orientation des structures nanojumelées, dit Minor, les propriétés mécaniques peuvent être encore optimisées. Mais les méthodes traditionnelles pour y parvenir ne sont ni triviales ni bon marché.
Au lieu de cela, Minor, Ritchie et ses collègues ont introduit plusieurs structures nanojumelées dans du titane pur au moyen d'un processus cryo-mécanique. Ils ont utilisé des morceaux de titane en forme de cube pressés sur trois côtés dans de l’azote liquide. Selon Minor, la compression douce contrôle la densité des structures nanojumelées qui renforcent le métal tout en préservant sa structure de grain initiale. Mieux encore, le processus ne repose pas sur une chaleur intense et constitue peut-être une manière plus durable de fabriquer du titane pour une gamme d’applications beaucoup plus large qu’aujourd’hui.
Les propriétés mécaniques du matériau cryo-forgé, en particulier la résistance et la ductilité, résistent à des températures extrêmement élevées et cryogéniques. Minor affirme que les performances du titane nanojumelé le rendent idéal pour des éléments tels que les moteurs à réaction extrêmement chauds ainsi que pour les environnements de fonctionnement très froids qui suggèrent des utilisations telles que des anneaux de retenue pour aimants supraconducteurs, des pièces structurelles de réservoirs de gaz naturel liquéfié, ainsi que des matériaux à utiliser. exposé à des environnements océaniques ou spatiaux profonds.
Lorsqu'on lui a demandé si le nouveau processus de fabrication de titane de qualité commerciale pourrait être mis à l'échelle un jour prochain, Minor a répondu : pourquoi pas ? Il est plus difficile de réaliser des choses comme le procédé Kroll utilisé aujourd'hui, dans lequel le matériau doit être isolé électriquement et l'ensemble du processus nécessite d'énormes quantités d'énergie. "Et cette cryo-forgeage, vous savez, nous mettrions simplement les choses dans un bain."