Cryo

Des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) ont utilisé une technique appelée cryoforgeage pour manipuler du titane pur à des dimensions nanométriques à des températures ultra-basses afin de produire du titane « nanotwinné » extra-fort sans sacrifier la ductilité.

"Cette étude est la première fois que quelqu'un produit une structure nano-jumelée pure dans un matériau en vrac", déclare Andrew Minor, chef de projet de l'étude et directeur du National Center for Electron à la Molecular Foundry, une installation d'utilisateurs de nanosciences au Berkeley Lab. "Avec le titane nanotwinned, nous n'avons plus à choisir entre la résistance et la ductilité, mais nous pouvons à la place obtenir les deux."

Les propriétés mécaniques des métaux dépendent en partie de leurs grains - les zones cristallines individuelles de motifs atomiques répétitifs qui forment la structure interne du matériau. Le rétrécissement de la taille des grains augmente la résistance d'un matériau, mais au détriment d'autres qualités comme la ductilité.

"La résistance d'un matériau est normalement corrélée à la taille des grains intérieurs - plus ils sont petits, mieux c'est", explique Minor, "mais une résistance élevée et la ductilité sont généralement des propriétés mutuellement exclusives".

Les nanojumeaux sont un arrangement atomique où les limites de la structure cristalline s'alignent symétriquement comme des images miroir. Pour créer du titane nanomaillé, l'équipe de recherche a utilisé le cryoforgeage.

La technique commence par un cube de titane pur à 99,95 % + placé dans de l'azote liquide à moins 321 °F. Pendant que le cube est immergé, une compression est appliquée à chaque axe du cube. Dans ces conditions, la structure du matériau commence à former des joints de nanomacles. Le cube est ensuite chauffé à 750 ° F pour éliminer tous les défauts structurels qui se sont formés entre les limites jumelles.

Les chercheurs ont découvert que le nanojumelage doublait la résistance du métal et augmentait sa ductilité de 30 % à température ambiante. À des températures très basses, l'amélioration était encore plus spectaculaire - le titane nanotwinned a pu doubler de longueur avant de se fracturer.