クライオ

ローレンス・バークレー国立研究所（バークレー研究所）の研究者らは、極低温鍛造と呼ばれる技術を使用して純チタンを超低温でナノスケールの寸法で操作し、延性を犠牲にすることなく非常に強力な「ナノ双晶」チタンを製造した。

「この研究は、誰かがバルク材料で純粋なナノ双晶構造を作製したのは初めてです」と、この研究のプロジェクトリーダーであり、バークレー研究所のナノサイエンスユーザー施設である分子ファウンドリ国立電子センターの所長であるアンドリュー・マイナーは言う。 「ナノツインチタンを使用すると、強度と延性のどちらかを選択する必要がなくなり、両方を達成できるようになります。」

金属の機械的特性は、部分的に粒子、つまり材料の内部構造を形成する繰り返し原子パターンの個々の結晶領域に依存します。 粒子のサイズを縮小すると材料の強度は向上しますが、延性などの他の品質が犠牲になります。

「材料の強度は通常、内部粒子のサイズと相関しており、小さければ小さいほど良いのです」とマイナー氏は言います。「しかし、高い強度と延性は一般に相互に排他的な特性です。」

ナノツインは、結晶構造の境界が鏡像のように対称的に並ぶ原子配列です。 ナノ双晶チタンを作成するために、研究チームは低温鍛造を使用しました。

この技術は、純度 99.95% 以上のチタンの立方体をマイナス 321°F の液体窒素に入れることから始まります。立方体が浸されている間、立方体の各軸に圧縮が加えられます。 これらの条件下では、材料の構造はナノツイン境界を形成し始めます。 その後、立方体を 750°F に加熱して、双晶境界間に形成された構造欠陥を除去します。

研究者らは、ナノ双晶形成により金属の強度が 2 倍になり、室温での延性が 30% 増加することを発見しました。 超低温では、改善はさらに劇的で、ナノツインチタンは破断する前に長さを 2 倍にすることができました。