Гонконзькі вчені розробили мініатюрний 3D-друк для створення надміцних титанових сплавів
Дослідження, проведене вченими з Міського університету Гонконгу, використовувало адитивне виробництво (зазвичай званий 3D-друком) для успішної розробки надміцного, високопластичного та надлегкого сплаву на основі титану. Їхнє відкриття відкрило новий спосіб розробки сплавів із безпрецедентною структурою та властивостями для різноманітних структурних застосувань.
3D-друк: більше, ніж просто технологія формування
Більшість людей вважає, що 3D-друк — це революційна технологія, яка дозволяє виготовляти деталі машини складної форми за один крок. «Однак ми розкрили його важливий потенціал у розробці матеріалів, а не просто у розробці геометричних фігур. Металурги схильні вважати, що відсутність однорідності складу сплаву є небажаною, оскільки це може призвести до небажаних властивостей, таких як крихкість. У процесі адитивного виробництва , як усунути нерівномірність у процесі швидкого охолодження є одним із ключових питань.
Створіть унікальну мікроструктуру
«Унікальні характеристики адитивного виробництва надають нам більшу свободу в проектуванні мікроструктур», — пояснив доктор Чжан, який також є першим автором цієї статті. «Зокрема, ми розробили метод часткової гомогенізації, який використовує технологію 3D-друку для виробництва сплавів з градієнтами концентрації мікронного рівня, чого неможливо досягти жодним традиційним методом виробництва матеріалів».
Запропонований ними метод включає використання сфокусованого лазерного променя для плавлення та змішування двох різних порошків сплавів і порошків нержавіючої сталі. Контролюючи такі параметри, як потужність лазера та швидкість сканування під час процесу 3D-друку, команді вдалося створити неоднорідний склад елементів у новому сплаві контрольованим чином.
(3D-друкована карта орієнтації зерна титанового сплаву)
Професор Лю сказав: «На додаток до використання адитивного виробництва, композиція двох порошкових сумішей є ще одним ключем до створення безпрецедентної високої метастабільної лавоподібної мікроструктури в новому сплаві». Ці унікальні мікроструктури забезпечують найвищі механічні властивості, роблячи сплав дуже міцним і легким. Результати експериментів показують, що новий титановий сплав має чудові механічні властивості.
Новий сплав: на 40% легший, надміцний
Загалом, маса нержавіючої сталі становить 7,9 грама на кубічний сантиметр, тоді як маса нового сплаву становить лише 4,5 грама на кубічний сантиметр, що приблизно на 40% легше. У їхніх експериментах титановий сплав зі структурою, схожою на лаву, продемонстрував високу міцність на розрив ~1,3 гігапаскаля з рівномірним подовженням близько 9%. Він також має чудову здатність до зміцнення понад 300 МПа, що забезпечує величезний запас міцності перед руйнуванням, що дуже корисно в конструкціях.
Ці відмінні властивості мають хороші перспективи конструкційного застосування в різних ситуаціях, таких як аерокосмічна, автомобільна, хімічна та медична промисловість. Будучи першою командою, яка використала технологію 3D-друку для розробки нового сплаву з унікальною мікроструктурою та властивостями, ми далі застосуємо цю концепцію дизайну до різних систем сплавів і далі досліджуватимемо інші властивості нового сплаву.
