एमआईटी के शोधकर्ताओं ने मजबूत टाइटेनियम मिश्र धातुओं के मार्गों की पहचान की

निष्कर्षों का वर्णन जर्नल एडवांस्ड मटेरियल्स में किया गया है, शाओलू वेई एससीडी '22, प्रोफेसर सी. केम तासन, पोस्टडॉक क्यूंग-शिक किम और एटीआई इंक के जॉन फोल्ट्ज़ के एक पेपर में। टीम का कहना है कि सुधार सिलाई से उत्पन्न होते हैं। रासायनिक संरचना और मिश्र धातु की जाली संरचना, जबकि औद्योगिक पैमाने पर सामग्री का उत्पादन करने के लिए उपयोग की जाने वाली प्रसंस्करण तकनीकों को भी समायोजित करना।

टाइटेनियम मिश्र धातु अपने असाधारण यांत्रिक गुणों, संक्षारण प्रतिरोध और स्टील की तुलना में हल्के वजन के कारण महत्वपूर्ण हैं। मिश्र धातु तत्वों और उनके सापेक्ष अनुपात के सावधानीपूर्वक चयन के माध्यम से, और जिस तरह से सामग्री को संसाधित किया जाता है, "आप विभिन्न संरचनाएं बना सकते हैं, और यह आपके लिए क्रायोजेनिक और ऊंचे तापमान दोनों के लिए अच्छी संपत्ति संयोजन प्राप्त करने के लिए एक बड़ा खेल का मैदान बनाता है," तसन कहते हैं.

लेकिन बदले में संभावनाओं के उस बड़े वर्गीकरण के लिए चयन को निर्देशित करने के लिए एक ऐसी सामग्री की आवश्यकता होती है जो किसी विशेष एप्लिकेशन की विशिष्ट आवश्यकताओं को पूरा करती हो। नए अध्ययन में वर्णित विश्लेषण और प्रयोगात्मक परिणाम वह मार्गदर्शन प्रदान करते हैं।

टैसन बताते हैं कि टाइटेनियम मिश्र धातुओं की संरचना, परमाणु पैमाने तक सभी तरह से, उनके गुणों को नियंत्रित करती है। और कुछ टाइटेनियम मिश्र धातुओं में, यह संरचना और भी अधिक जटिल है, जो दो अलग-अलग मिश्रित चरणों से बनी है, जिन्हें अल्फा और बीटा चरणों के रूप में जाना जाता है।

"इस डिज़ाइन दृष्टिकोण में मुख्य रणनीति विभिन्न पैमानों पर विचार करना है," वे कहते हैं। "एक पैमाना व्यक्तिगत क्रिस्टल की संरचना है। उदाहरण के लिए, मिश्र धातु तत्वों को ध्यान से चुनकर, आप अल्फा चरण की एक अधिक आदर्श क्रिस्टल संरचना प्राप्त कर सकते हैं जो विशेष विरूपण तंत्र को सक्षम बनाता है। दूसरा पैमाना पॉलीक्रिस्टल स्केल है, जिसमें इंटरैक्शन शामिल है अल्फ़ा और बीटा चरणों का, इसलिए, यहां जिस दृष्टिकोण का पालन किया जाता है उसमें दोनों के लिए डिज़ाइन संबंधी विचार शामिल हैं।"

सही मिश्र धातु सामग्री और अनुपात चुनने के अलावा, प्रसंस्करण में कदम एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। टीम ने पाया कि क्रॉस-रोलिंग नामक तकनीक ताकत और लचीलेपन के असाधारण संयोजन को प्राप्त करने की एक और कुंजी है।

एटीआई शोधकर्ताओं के साथ मिलकर काम करते हुए, टीम ने एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के तहत विभिन्न प्रकार के मिश्र धातुओं का परीक्षण किया क्योंकि वे विकृत हो रहे थे, जिससे यह पता चला कि उनकी सूक्ष्म संरचनाएं बाहरी यांत्रिक भार पर कैसे प्रतिक्रिया करती हैं। उन्होंने पाया कि मापदंडों का एक विशेष सेट था - संरचना, अनुपात और प्रसंस्करण विधि का - जिससे एक संरचना उत्पन्न हुई जहां अल्फा और बीटा चरणों ने विरूपण को समान रूप से साझा किया, जिससे दरार की प्रवृत्ति कम हो गई जो कि प्रतिक्रिया करते समय चरणों के बीच होने की संभावना है। अलग ढंग से. तसन कहते हैं, "चरण सामंजस्य में विकृत होते हैं।" उन्होंने पाया कि विरूपण के प्रति इस सहयोगात्मक प्रतिक्रिया से बेहतर सामग्री प्राप्त हो सकती है।

"हमने इन दो चरणों और उनकी आकृति विज्ञान को समझने के लिए सामग्री की संरचना को देखा, और हमने परमाणु पैमाने पर स्थानीय रासायनिक विश्लेषण करके उनकी रसायन शास्त्र को देखा। हमने सामग्री के विभिन्न गुणों को मापने के लिए विभिन्न प्रकार की तकनीकों को अपनाया सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग के पोस्को प्रोफेसर और धातुकर्म के एसोसिएट प्रोफेसर तसन कहते हैं, "जब हम उनके सिस्टम के अनुसार उत्पादित टाइटेनियम मिश्र धातुओं के समग्र गुणों को देखते हैं, तो गुण बहुत बेहतर होते हैं।" तुलनीय मिश्र धातुएँ।"

तासन के अनुसार, यह उद्योग-समर्थित अकादमिक शोध था जिसका उद्देश्य मिश्र धातुओं के लिए डिज़ाइन सिद्धांतों को साबित करना था जिन्हें बड़े पैमाने पर व्यावसायिक रूप से उत्पादित किया जा सकता है। वे कहते हैं, "इस सहयोग में हम वास्तव में क्रिस्टल प्लास्टिसिटी की बुनियादी समझ की दिशा में काम कर रहे हैं।" "हम दिखाते हैं कि यह डिज़ाइन रणनीति मान्य है, और हम वैज्ञानिक रूप से दिखाते हैं कि यह कैसे काम करती है," उन्होंने आगे कहा, यह देखते हुए कि आगे सुधार की महत्वपूर्ण गुंजाइश बनी हुई है।

इन निष्कर्षों के संभावित अनुप्रयोगों के लिए, वे कहते हैं, "किसी भी एयरोस्पेस अनुप्रयोग के लिए जहां ताकत और लचीलेपन का बेहतर संयोजन उपयोगी होता है, इस प्रकार का आविष्कार नए अवसर प्रदान कर रहा है।"

इस कार्य को एटीआई स्पेशलिटी रोल्ड प्रोडक्ट्स और एमआईटी नैनो की प्रयुक्त सुविधाओं और हार्वर्ड विश्वविद्यालय में सेंटर फॉर नैनोस्केल सिस्टम्स द्वारा समर्थित किया गया था।