Hongkongi teadlased arendavad ülitugevate titaanisulamite loomiseks miniatuurset 3D-printimist

Hongkongi linnaülikooli teadlaste juhitud uuringus kasutati lisaainete tootmist (mida tavaliselt nimetatakse 3D-printimiseks), et edukalt välja töötada ülitugev, suure elastsusega ja ülikerge titaanisulam. Nende avastus avas uue võimaluse enneolematute struktuuride ja omadustega sulamite kujundamiseks erinevate konstruktsioonirakenduste jaoks.

3D-printimine: rohkem kui lihtsalt vormimistehnoloogia

Enamik inimesi arvab, et 3D-printimine on revolutsiooniline tehnoloogia, mis suudab ühe sammuga toota keeruka kujuga masinaosi. "Siiski oleme paljastanud selle olulise potentsiaali materjalide kujundamisel, mitte lihtsalt geomeetriliste kujundite kujundamisel. Metallurgid kalduvad arvama, et sulami koostise ühtluse puudumine on ebasoovitav, kuna see võib põhjustada soovimatuid omadusi, nagu rabedus. Lisandite valmistamise protsessis , kuidas kiire jahutusprotsessi ebatasasusi kõrvaldada, on üks võtmeküsimusi.

Kujunda ainulaadne mikrostruktuur

"Lisaainete valmistamise ainulaadsed omadused annavad meile suurema vabaduse mikrostruktuuride kujundamisel," selgitas dr Zhang, kes on ka selle artikli esimene autor. "Täpsemalt oleme välja töötanud osalise homogeniseerimismeetodi, mis kasutab 3D-printimise tehnoloogiat mikronitaseme kontsentratsioonigradientidega sulamite tootmiseks, mida ei ole võimalik saavutada ühegi traditsioonilise materjali tootmismeetodiga."

Nende pakutud meetod hõlmab fokuseeritud laserkiire kasutamist kahe erineva sulamipulbri ja roostevaba terase pulbri sulatamiseks ja segamiseks. Kontrollides selliseid parameetreid nagu laseri võimsus ja skaneerimiskiirus 3D-printimisprotsessi ajal, õnnestus meeskonnal luua uues sulamis elementide ebaühtlane koostis kontrollitud viisil.

(3D-prinditud titaanisulami terade orientatsioonikaart)

Professor Liu ütles: Lisaks lisandite valmistamisele on kahe pulbrisegu koostis veel üks võti uues sulamis enneolematult kõrge metastabiilse laavalaadse mikrostruktuuri loomisel. Need ainulaadsed mikrostruktuurid annavad kõrgeimad mehaanilised omadused, muutes sulami väga sitkeks ja kaalult kergeks. Katsetulemused näitavad, et uuel titaanisulamil on suurepärased mehaanilised omadused.

Uus sulam: 40% kergem, ülitugev

Üldiselt võib öelda, et roostevaba terase mass on 7,9 grammi kuupsentimeetri kohta, uue sulami mass aga vaid 4,5 grammi kuupsentimeetri kohta, mis on umbes 40% kergem. Nende katsetes näitas laavasarnase struktuuriga titaanisulam suurt tõmbetugevust ~ 1,3 gigapaskalit, ühtlase pikenemisega umbes 9%. Sellel on ka suurepärane töökõvenemisvõime üle 300 MPa, mis tagab tohutu ohutusvaru enne purunemist, mis on struktuurirakendustes väga kasulik.

Nendel suurepärastel omadustel on head struktuursed kasutusvõimalused erinevates olukordades, näiteks lennunduses, autotööstuses, keemia- ja meditsiinitööstuses. Esimese meeskonnana, kes kasutas 3D-printimise tehnoloogiat unikaalse mikrostruktuuri ja omadustega uue sulami väljatöötamiseks, rakendame seda disainikontseptsiooni edasi erinevatele sulamisüsteemidele ja uurime täiendavalt uue sulami muid omadusi.