Honkongo mokslininkai kuria miniatiūrinį 3D spausdinimą, kad sukurtų itin tvirtus titano lydinius

Honkongo miesto universiteto mokslininkų vadovaujamas tyrimas naudojo priedų gamybą (paprastai vadinamą 3D spausdinimu), kad būtų sėkmingai sukurtas itin stiprus, didelio lankstumo ir itin lengvas titano lydinys. Jų atradimas atvėrė naują būdą kurti lydinius su precedento neturinčiomis struktūromis ir savybėmis įvairioms konstrukcijoms.

3D spausdinimas: daugiau nei tik liejimo technologija

Daugelis žmonių mano, kad 3D spausdinimas yra revoliucinė technologija, kuri vienu žingsniu gali pagaminti sudėtingos formos mašinų dalis. "Tačiau mes atskleidėme svarbų jo potencialą kurdami medžiagas, o ne tik kurdami geometrines figūras. Metalurgai linkę manyti, kad lydinio sudėties vienodumo trūkumas yra nepageidautinas, nes tai gali sukelti nepageidaujamų savybių, tokių kaip trapumas. Priedų gamybos procese , kaip pašalinti netolygumus greito aušinimo procese yra vienas pagrindinių klausimų.

Sukurkite unikalią mikrostruktūrą

„Unikalios priedų gamybos savybės suteikia mums daugiau laisvės kuriant mikrostruktūras“, – paaiškino dr. Zhang, kuris taip pat yra pirmasis šio straipsnio autorius. „Konkrečiai, mes sukūrėme dalinio homogenizavimo metodą, kuris naudoja 3D spausdinimo technologiją, kad būtų gaminami lydiniai su mikronų lygio koncentracijos gradientais, kurių neįmanoma pasiekti jokiu tradiciniu medžiagų gamybos metodu.

Jų pasiūlytas metodas apima fokusuoto lazerio spindulio naudojimą, kad ištirptų ir sumaišytų du skirtingus lydinio miltelius ir nerūdijančio plieno miltelius. Valdant tokius parametrus kaip lazerio galia ir skenavimo greitis 3D spausdinimo proceso metu, komandai pavyko kontroliuojamai sukurti nevienodą naujojo lydinio elementų sudėtį.

(3D spausdintas titano lydinio grūdelių orientacijos žemėlapis)

Profesorius Liu sakė: Be priedų gamybos, dviejų miltelių mišinių sudėtis yra dar vienas raktas į precedento neturinčią, labai metastabilią, į lavą panašią mikrostruktūrą naujajame lydinyje. Šios unikalios mikrostruktūros suteikia aukščiausias mechanines savybes, todėl lydinys yra labai tvirtas ir lengvas. Eksperimentiniai rezultatai rodo, kad naujasis titano lydinys pasižymi puikiomis mechaninėmis savybėmis.

Naujas lydinys: 40% lengvesnis, itin tvirtas

Paprastai tariant, nerūdijančio plieno masė yra 7,9 gramo kubiniame centimetre, o naujojo lydinio masė yra tik 4,5 gramo kubiniame centimetre, tai yra apie 40% lengvesnė. Jų eksperimentuose į lavą panašios struktūros titano lydinio atsparumas tempimui buvo ~ 1,3 gigapaskalio, o vienodas pailgėjimas buvo apie 9%. Jis taip pat turi puikų daugiau nei 300 MPa atsparumą darbui, o tai užtikrina didžiulę saugos ribą prieš lūžimą, o tai labai naudinga konstrukcinėms reikmėms.

Šios puikios savybės turi geras struktūrinio pritaikymo galimybes įvairiose situacijose, pavyzdžiui, aviacijos, automobilių, chemijos ir medicinos pramonėje. Kaip pirmoji komanda, kuri panaudojo 3D spausdinimo technologiją, kad sukurtų naują lydinį su unikalia mikrostruktūra ir savybėmis, mes toliau taikysime šią dizaino koncepciją skirtingoms lydinių sistemoms ir toliau tyrinėsime kitas naujojo lydinio savybes.