Научници из Хонг Конга развијају минијатурно 3Д штампање како би створили супер јаке легуре титанијума

Студија коју су водили научници са Градског универзитета у Хонг Конгу користила је адитивну производњу (која се обично назива 3Д штампање) за успешан развој супер јаке, високо дуктилне и супер лагане легуре на бази титанијума. Њихово откриће отворило је нови начин дизајнирања легура са невиђеним структурама и својствима за различите структуралне примене.

3Д штампа: више од технологије обликовања

Већина људи мисли да је 3Д штампа револуционарна технологија која може произвести машинске делове сложеног облика у једном кораку. "Међутим, открили смо његов важан потенцијал у дизајнирању материјала, а не само у дизајнирању геометријских фигура. Металурзи имају тенденцију да верују да је недостатак униформности у саставу легуре непожељан јер може довести до нежељених својстава као што је кртост. У процесу адитивне производње , како отклонити неравнине у процесу брзог хлађења је једно од кључних питања.

Дизајнирајте јединствену микроструктуру

„Јединствене карактеристике адитивне производње нам пружају већу слободу у пројектовању микроструктура“, објаснио је др Џанг, који је и први аутор овог рада. „Конкретно, развили смо метод делимичне хомогенизације који користи технологију 3Д штампања за производњу легура са градијентом концентрације на нивоу микрона, што се не може постићи било којим традиционалним методом производње материјала.

Метода коју су предложили укључује коришћење фокусираног ласерског зрака за топљење и мешање два различита праха легуре и праха од нерђајућег челика. Контролом параметара као што су снага ласера ​​и брзина скенирања током процеса 3Д штампања, тим је успео да на контролисан начин створи неуједначен састав елемената у новој легури.

(3Д штампана мапа оријентације зрна легуре титанијума)

Професор Лиу је рекао: Поред употребе адитивне производње, састав две мешавине праха је још један кључ за стварање без преседана високо метастабилне микроструктуре налик лави у новој легури. Ове јединствене микроструктуре доносе највише механичке особине, чинећи легуру веома чврстом и лаганом. Експериментални резултати показују да нова легура титанијума има одличне механичке особине.

Нова легура: 40% лакша, супер чврстоћа

Уопштено говорећи, маса нерђајућег челика је 7,9 грама по кубном центиметру, док је маса нове легуре само 4,5 грама по кубном центиметру, што је око 40% лакше. У њиховим експериментима, легура титанијума са структуром налик лави показала је високу затезну чврстоћу од ~1,3 гигапаскала, са уједначеним издужењем од око 9%. Такође има одличну способност очвршћавања од више од 300 МПа, што обезбеђује огромну сигурносну маргину пре лома, што је веома корисно у конструкцијским применама.

Ова одлична својства имају добре изгледе за структурну примену у различитим ситуацијама, као што су ваздухопловство, аутомобилска, хемијска и медицинска индустрија. Као први тим који је користио технологију 3Д штампања за развој нове легуре са јединственом микроструктуром и својствима, даље ћемо применити овај концепт дизајна на различите системе легура и даље истраживати друга својства нове легуре.