A hongkongi tudósok miniatűr 3D nyomtatást fejlesztenek szupererős titánötvözetek létrehozására

A Hongkongi Városi Egyetem tudósai által vezetett tanulmány additív gyártást (közkeletű nevén 3D nyomtatást) alkalmazva sikeresen kifejlesztett egy szupererős, nagy rugalmasságú és szuperkönnyű titán alapú ötvözetet. Felfedezésük új utat nyitott a példátlan szerkezetű és tulajdonságú ötvözetek tervezésére különféle szerkezeti alkalmazásokhoz.

3D nyomtatás: több, mint egy öntési technológia

A legtöbben azt gondolják, hogy a 3D nyomtatás egy forradalmi technológia, amely egy lépésben képes összetett alakú gépalkatrészeket előállítani. "Ugyanakkor felfedtük a benne rejlő fontos lehetőségeket az anyagok tervezésében, ahelyett, hogy egyszerűen geometriai alakzatokat terveznének. A kohászok hajlamosak azt hinni, hogy az ötvözet összetételének egyöntetűségének hiánya nem kívánatos, mert nemkívánatos tulajdonságokhoz, például ridegséghez vezethet. Az additív gyártási folyamatban , a gyors lehűlési folyamat egyenetlenségeinek megszüntetése az egyik kulcskérdés.

Tervezzen egyedi mikroszerkezetet

"Az additív gyártás egyedi jellemzői nagyobb szabadságot biztosítanak számunkra a mikrostruktúrák tervezésében" - magyarázta Dr. Zhang, aki egyben a cikk első szerzője is. "Konkrétan egy olyan részleges homogenizálási módszert fejlesztettünk ki, amely 3D nyomtatási technológiát alkalmaz mikron szintű koncentrációgradiensű ötvözetek előállítására, ami semmilyen hagyományos anyaggyártási módszerrel nem érhető el."

Az általuk javasolt módszer magában foglalja a fókuszált lézersugár használatát két különböző ötvözetpor és rozsdamentes acélpor megolvasztására és összekeverésére. A 3D nyomtatási folyamat során olyan paraméterek szabályozásával, mint a lézerteljesítmény és a szkennelési sebesség, a csapatnak sikerült ellenőrzött módon létrehoznia az új ötvözet elemeinek nem egyenletes összetételét.

(3D nyomtatott szemcseorientációs térkép a titánötvözetről)

Liu professzor elmondta: Az additív gyártás mellett a két porkeverék összetétele egy másik kulcsa annak, hogy az új ötvözetben példátlanul nagy metastabil lávaszerű mikrostruktúra jöjjön létre. Ezek az egyedülálló mikrostruktúrák a legmagasabb mechanikai tulajdonságokat biztosítják, így az ötvözet nagyon szívós és könnyű. A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy az új titánötvözet kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik.

Új ötvözet: 40%-kal könnyebb, szuper szilárdságú

Általánosságban elmondható, hogy a rozsdamentes acél tömege köbcentiméterenként 7,9 gramm, míg az új ötvözet tömege mindössze 4,5 gramm köbcentiméterenként, ami körülbelül 40%-kal könnyebb. Kísérleteik során a lávaszerű szerkezetű titánötvözet nagy, ~1,3 gigapascal szakítószilárdságot mutatott, egyenletes, körülbelül 9%-os nyúlással. Kiváló, több mint 300 MPa-os munkaedző képességgel rendelkezik, ami hatalmas biztonsági ráhagyást biztosít a törés előtt, ami nagyon hasznos szerkezeti alkalmazásokban.

Ezek a kiváló tulajdonságok jó szerkezeti alkalmazási lehetőségeket kínálnak különböző helyzetekben, például a repülőgépiparban, az autóiparban, a vegyiparban és az orvosi iparban. Az első csapatként, amely 3D nyomtatási technológiát alkalmaz egy új, egyedi mikroszerkezettel és tulajdonságokkal rendelkező ötvözet kifejlesztésére, ezt a tervezési koncepciót tovább alkalmazzuk különböző ötvözetrendszerekben, és tovább kutatjuk az új ötvözet egyéb tulajdonságait.