Zespół badaczy Uniwersytet Massachusetts, Amherst (Umass) i technika z gruzji wydrukowali w 3D dwufazowy, wysoko entropijny, nanostrukturalny stop, który, jak mówią, przewyższa wytrzymałość i plastyczność innych najnowocześniejszych materiałów wytwarzanych addytywnie.
Badania prowadzone przez Wen Chen, adiunkta inżynierii mechanicznej i przemysłowej na UMass oraz Ting Zhu, profesora inżynierii mechanicznej na Georgia Tech, zostały opublikowane w sierpniowym numerze czasopisma Natura.
Stopy o wysokiej entropii (HEA) stają się coraz bardziej popularne jako nowy paradygmat w materiałoznawstwie w ciągu ostatnich 15 lat. Złożone z pięciu lub więcej pierwiastków w niemal równych proporcjach, dają możliwość stworzenia niemal nieskończonej liczby unikalnych kombinacji do projektowania stopów.
Zhu powiedział: „Potencjał wykorzystania połączonych korzyści wytwarzania addytywnego i HEA w celu uzyskania nowatorskich właściwości pozostaje w dużej mierze niezbadany”.
Chen i jego zespół z Multiscale Materials and Manufacturing Laboratory połączyli HEA z laserowym stapianiem proszków, aby opracować nowe materiały o niespotykanych dotąd właściwościach.
„Otrzymujesz bardzo odmienną mikrostrukturę, która jest daleka od równowagi” – powiedział Chen o stworzonych komponentach. Wynika to z procesu, który powoduje, że materiały topią się i zestalają bardzo szybko w porównaniu z tradycyjną metalurgią.
Mikrostruktura wygląda jak siatka i składa się z naprzemiennych warstw, znanych jako struktury nanolamelarne sześcienne skoncentrowane na twarzy (FCC) i sześcienne skoncentrowane na ciele (BCC), osadzonych w eutektycznych mikrokoloniach o losowej orientacji. Hierarchiczna nanostrukturalna HEA umożliwia kooperacyjną deformację dwóch faz.
„Atomowe przegrupowanie tej niezwykłej mikrostruktury skutkuje ultrawysoką wytrzymałością, a także poprawioną plastycznością, co jest niezwykłe, ponieważ normalnie mocne materiały są zwykle kruche” – powiedział Chen.
Według Chena, w porównaniu z konwencjonalnym odlewem metalowym, osiągnięto prawie trzykrotnie większą wytrzymałość, a materiał nie tylko nie stracił swojej plastyczności, ale nawet ją jednocześnie zwiększył.
„Zdolność do wytwarzania mocnych i plastycznych HEA oznacza, że te drukowane materiały 3D są bardziej odporne na stosowane odkształcenia, co jest ważne w przypadku lekkich konstrukcji konstrukcyjnych dla lepszej wydajności mechanicznej i oszczędności energii” – powiedział dr Jie Ren. przez Chen. Student i pierwszy autor pracy.
Zespół opracował modele obliczeniowe dwufazowej plastyczności kryształów. Pomogło im to zrozumieć mechanistyczną rolę odgrywaną przez nanolamele FCC i BCC oraz sposób, w jaki współpracują, aby zapewnić materiałowi dodatkową wytrzymałość i plastyczność.
Zhu powiedział: „To zrozumienie mechanizmów zapewnia ważną podstawę dla przyszłego rozwoju drukowanych w 3D HEA o wyjątkowych właściwościach mechanicznych”.
Innymi partnerami badawczymi w artykule są: Uniwersytet Texas A&Mten Uniwersytet Kalifornijski, Los Angeles, Uniwersytet Ryżowy oraz aleja dębowa oraz Lawrence Livermore laboratoria krajowe.
Chcesz porozmawiać? Dołącz do rozmowy Globalna niezgoda społeczności zajmującej się produkcją addytywną.
Uzyskaj BEZPŁATNĄ prenumeratę druku TCT Magazine.
