כדי לקדם את שחרור הפחמן של מכוניות, צוות מחקר מאוניברסיטת אוסקה מטרופוליטן ניתח כיצד יסודות סגסוגת כמו טיטניום משפרים את ביצועי הפלדה על ידי אופטימיזציה של תהליכי ההדבקה, תרומה למנועים חשמליים קלים ועמידים יותר.
חישובים חוקרים כיצד שתים עשרה מתכות, כולל טיטניום, יוצרות קשרים עם חנקן או פחמן.
שחרור פחמן של מכוניות כרוך במעבר ממנועי בנזין למנועים חשמליים ושילוב רכיבי פלדה איכותיים המפחיתים את משקל הרכב תוך הבטחת פעולת מנוע יעילה. חומרי פלדה בעלי ביצועים גבוהים יכולים לשפר את השקט של רכיבות ולעמוד בבלאי מסיבובי מנוע במהירות גבוהה. ייעול תהליך שינוי הפלדה, הכולל העשרת פני השטח בפחמן, חנקן ו סַגסוֹגֶת אלמנטים, חיוני לייצור חומרים מתקדמים אלה.
כדי להבין את האינטראקציות בין אלמנטים בפלדה, נערכה חקירה שיטתית על ידי קבוצת מחקר של אוניברסיטת מטרופולין של אוסקה בראשות פרופסור חבר Tokuteru Uesugi מבית הספר לתואר שני לאינפורמטיקה. הקבוצה חישבה באופן תיאורטי 120 שילובים של האופן שבו 12 יסודות סגסוגת, כולל אלומיניום וטיטניום, מקיימים אינטראקציה עם פחמן במהלך הקרבוריזציה וחנקן בתהליך החנקה.
דגם של תצורה יציבה של חנקן וטיטניום בפלדה מסגסוגת ברזל-טיטניום. קרדיט: אוניברסיטת אוסקה מטרופוליטן
התוצאות הראו שכאשר מניחים טיטניום בסידור מסוים, הוא נקשר עם חנקן או פחמן, ומקשיח את הברזל. הנתונים האנליטיים של הקבוצה הראו גם שליסוד הסגסוגת חייב להיות רדיוס מתכתי גדול יותר מהברזל אָטוֹם להתחבר היטב.
"למרות שלא היה קל להבהיר את המנגנון מתוצאות חישובים רבים, השתמשנו ברגרסיה ליניארית מרובה וניתוח שכבות באמצעות ניסוי וטעייה", אמר פרופסור אוסוגי. "תוצאות אלו צפויות לתרום להבנה טובה יותר של מנגנוני חיזוק הפלדה ועמידות משופרת, ולפיתוח חומרים מעולים".
מימון: תוכנית MEXT: יצירת נתונים וסוג ניצול פרויקט מחקר ופיתוח חומר, מענק קידום מחקר ISIJ, החברה היפנית לקידום המדע, הקרן החינוכית למתכת קלה, הסוכנות למדע וטכנולוגיה של יפן
