Hongkongin tiedemiehet kehittävät miniatyyriä 3D-tulostusta luodakseen erittäin vahvoja titaaniseoksia

Hongkongin kaupungin yliopiston tutkijoiden johtamassa tutkimuksessa käytettiin lisäainevalmistusta (jota kutsutaan yleisesti 3D-tulostukseksi) erittäin vahvan, erittäin sitkeän ja erittäin kevyen titaanipohjaisen metalliseoksen kehittämiseen. Heidän löytönsä avasi uuden tavan suunnitella metalliseoksia, joilla on ennennäkemättömät rakenteet ja ominaisuudet erilaisiin rakennesovelluksiin.

3D-tulostus: enemmän kuin pelkkä muovaustekniikka

Useimmat ihmiset ajattelevat, että 3D-tulostus on vallankumouksellinen tekniikka, jolla voidaan tuottaa monimutkaisia ​​koneenosia yhdessä vaiheessa. "Olemme kuitenkin paljastaneet sen tärkeän potentiaalin materiaalien suunnittelussa yksinkertaisesti geometristen kuvioiden suunnittelun sijaan. Metallurgit uskovat, että seoksen koostumuksen epätasaisuus ei ole toivottavaa, koska se voi johtaa ei-toivottuihin ominaisuuksiin, kuten haurautta. Lisäainevalmistusprosessissa , miten nopean jäähdytysprosessin epätasaisuudet poistetaan, on yksi avainkysymyksistä.

Suunnittele ainutlaatuinen mikrorakenne

"Lisäainevalmistuksen ainutlaatuiset ominaisuudet antavat meille enemmän vapautta suunnitella mikrorakenteita", selitti tohtori Zhang, joka on myös tämän artikkelin ensimmäinen kirjoittaja. "Erityisesti olemme kehittäneet osittaisen homogenointimenetelmän, joka käyttää 3D-tulostustekniikkaa metalliseosten tuottamiseen mikronitason pitoisuusgradienteilla, joita ei voida saavuttaa millään perinteisellä materiaalinvalmistusmenetelmällä."

Heidän ehdottamansa menetelmään kuuluu fokusoidun lasersäteen käyttäminen kahden eri metalliseosjauheen ja ruostumattoman teräsjauheen sulattamiseen ja sekoittamiseen. Ohjaamalla parametreja, kuten lasertehoa ja skannausnopeutta 3D-tulostusprosessin aikana, tiimi onnistui luomaan epäyhtenäisen koostumuksen elementeistä uudessa seoksessa hallitusti.

(3D-tulostettu titaaniseoksesta tehty rakeiden suuntauskartta)

Professori Liu sanoi: Lisäainevalmistuksen käytön lisäksi näiden kahden jauheseoksen koostumus on toinen avain luomaan ennennäkemättömän korkea metastabiili laavamainen mikrorakenne uudessa seoksessa. Nämä ainutlaatuiset mikrorakenteet tuovat korkeimmat mekaaniset ominaisuudet, mikä tekee seoksesta erittäin lujan ja kevyen. Kokeelliset tulokset osoittavat, että uudella titaaniseoksella on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet.

Uusi seos: 40 % kevyempi, erittäin luja

Yleisesti ottaen ruostumattoman teräksen massa on 7,9 grammaa kuutiosenttimetriä kohden, kun taas uuden metalliseoksen massa on vain 4,5 grammaa kuutiosenttimetriä kohden, mikä on noin 40 % kevyempi. Heidän kokeissaan titaaniseoksella, jolla on laavamainen rakenne, oli korkea, ~1,3 gigapascalin vetolujuus ja tasainen venymä noin 9 %. Sillä on myös erinomainen yli 300 MPa:n työkarkaisukyky, mikä takaa valtavan turvamarginaalin ennen murtumista, mikä on erittäin hyödyllistä rakennesovelluksissa.

Näillä erinomaisilla ominaisuuksilla on hyvät rakenteelliset käyttömahdollisuudet erilaisissa tilanteissa, kuten ilmailu-, auto-, kemian- ja lääketeollisuudessa. Ensimmäisenä tiiminä, joka käytti 3D-tulostustekniikkaa uuden seoksen kehittämiseen, jolla on ainutlaatuinen mikrorakenne ja ominaisuudet, soveltamme tätä suunnittelukonseptia edelleen erilaisiin seosjärjestelmiin ja tutkimme edelleen uuden lejeeringin muita ominaisuuksia.