Oamenii de știință din Hong Kong dezvoltă imprimarea 3D în miniatură pentru a crea aliaje de titan super puternice

Un studiu condus de oamenii de știință de la Universitatea City din Hong Kong a folosit fabricarea aditivă (denumită în mod obișnuit imprimare 3D) pentru a dezvolta cu succes un aliaj pe bază de titan super-puternic, cu ductilitate ridicată și foarte ușor. Descoperirea lor a deschis o nouă modalitate de a proiecta aliaje cu structuri și proprietăți fără precedent pentru diverse aplicații structurale.

Imprimare 3D: mai mult decât o simplă tehnologie de turnare

Majoritatea oamenilor cred că imprimarea 3D este o tehnologie revoluționară care poate produce piese de mașină de formă complexă într-un singur pas. „Cu toate acestea, am dezvăluit potențialul său important în proiectarea materialelor, mai degrabă decât pur și simplu proiectarea unor figuri geometrice. Metalurgiștii tind să creadă că lipsa de uniformitate în compoziția aliajului este nedorită, deoarece poate duce la proprietăți nedorite, cum ar fi fragilitatea. În procesul de fabricație aditivă. , cum să eliminați denivelările în procesul de răcire rapidă este una dintre problemele cheie.

Proiectați o microstructură unică

„Caracteristicile unice ale fabricației aditive ne oferă o mai mare libertate în proiectarea microstructurilor”, a explicat dr. Zhang, care este și primul autor al acestei lucrări. „În mod specific, am dezvoltat o metodă de omogenizare parțială care utilizează tehnologia de imprimare 3D pentru a produce aliaje cu gradienți de concentrație la nivel de microni, care nu pot fi obținute prin nicio metodă tradițională de fabricare a materialelor”.

Metoda propusă de ei include utilizarea unui fascicul laser focalizat pentru a topi și amesteca două pulberi de aliaj diferite și pulberi de oțel inoxidabil. Prin controlul unor parametri precum puterea laserului și viteza de scanare în timpul procesului de imprimare 3D, echipa a reușit să creeze o compoziție neuniformă a elementelor din noul aliaj într-o manieră controlată.

(Harta de orientare a cerealelor imprimată 3D a aliajului de titan)

Profesorul Liu a spus: Pe lângă utilizarea producției aditive, compoziția celor două amestecuri de pulbere este o altă cheie pentru crearea unei microstructuri fără precedent, asemănătoare lavei metastabile, în noul aliaj. Aceste microstructuri unice aduc cele mai înalte proprietăți mecanice, făcând aliajul foarte dur și ușor. Rezultatele experimentale arată că noul aliaj de titan are proprietăți mecanice excelente.

Aliaj nou: 40% mai ușor, super rezistență

În general, masa oțelului inoxidabil este de 7,9 grame pe centimetru cub, în ​​timp ce masa noului aliaj este de numai 4,5 grame pe centimetru cub, ceea ce este cu aproximativ 40% mai ușor. În experimentele lor, aliajul de titan cu o structură asemănătoare lavei a prezentat o rezistență ridicată la tracțiune de ~1,3 gigapascal, cu o alungire uniformă de aproximativ 9%. De asemenea, are o capacitate excelentă de întărire la lucru de peste 300 MPa, ceea ce asigură o marjă de siguranță uriașă înainte de fractură, ceea ce este foarte util în aplicațiile structurale.

Aceste proprietăți excelente au perspective bune de aplicare structurală în diferite situații, cum ar fi industria aerospațială, auto, chimică și medicală. Fiind prima echipă care a folosit tehnologia de imprimare 3D pentru a dezvolta un nou aliaj cu o microstructură și proprietăți unice, vom aplica în continuare acest concept de design la diferite sisteme de aliaje și vom explora în continuare alte proprietăți ale noului aliaj.