Stopy tytanu są coraz szerzej stosowane w inżynierii lotniczej, motoryzacyjnej i medycznej. Cenione są przede wszystkim za wysoką wytrzymałość i odporność na korozję przy niskiej masie. Jednak konwencjonalne metody obróbki cieplnej, zapewniające wymagane właściwości mechaniczne tych stopów są czasochłonne i pochłaniają duże ilości energii.
Zespół japońskich naukowców zademonstrował alternatywną metodę, opartą o wykorzystanie pulsacyjnego przepływu prądu o dużej gęstości. W strukturze dwufazowego stopu tytanu, pod wpływem milisekundowego impulsu elektrycznego wywołano nierównowagową dyfuzję i przemiany fazowe, prowadzące do rozdrobnienia struktury krystalicznej i formacji układów wielofazowych. W rezultacie odnotowano wzrost wytrzymałości stopu o 30%.
W odróżnieniu od typowych metod obróbki cieplnej, prezentowana technologia korzysta ze zjawiska elektromigracji, w ramach którego przepływ elektronów w obrębie materiału przewodzącego pociąga za sobą przemieszczenie atomów jego struktury. Dzięki temu osiągnięto redukcję zużycia energii o ponad połowę względem typowej obróbki cieplnej.
Podczas badań, w mikrostrukturze stopów Ti-6Al-4V i Ti-6Al-7Nb zaobserwowano formację nanometrycznych rozmiarów faz martenzytycznych w obrębie fazy β, przekładających się na zwiększenie wytrzymałości, a także faz lamelarnych wokół fazy β, zwiększających ciągliwość. W konsekwencji zmianie uległy mechanizmy deformacji i przezwyciężony został efekt koncentracji naprężeń.
Ustalenia sugerują potencjał zastosowania pulsacyjnego przepływu prądu o dużej gęstości jako atrakcyjnej metody kontrolowania mikrostruktury, nie tylko stopów tytanu, lecz także szerokiego spektrum metali, na użytek wymagających zastosowań przemysłowych.
kumamoto-u.ac.jp
Gu, S., Kimura, Y., Cui, Y. et al.: Electric current-driven heterogeneous microstructures in dual-phase titanium alloys. Nat Commun 17, 3470, 2026
