Το πιο σκληρό κράμα τιτανίου στον κόσμο δημιουργήθηκε με τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης

[διαφήμιση_1]

Οι επιστήμονες πέτυχαν νέα αποτελέσματα εφαρμόζοντας τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης σε κράματα τιτανίου, διπλασιάζοντας την ανθεκτικότητα του υλικού και επεκτείνοντας τις πιθανές εφαρμογές του στην αεροδιαστημική.

Το νέο κράμα τιτανίου έχει ρεκόρ υψηλής αντοχής στην κόπωση. Φωτογραφία: iStock — Το νέο κράμα τιτανίου έχει ρεκόρ υψηλής αντοχής στην κόπωση. Φωτογραφία: *iStock*

Η Κινεζική Ακαδημία Επιστημών (CAS) παρουσίασε λεπτομερώς το επίτευγμα σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature στις 28 Φεβρουαρίου. Η έρευνα ήταν αποτέλεσμα συνεργασίας μεταξύ των επιστημόνων Zhang Zhenjun και Zhang Zhefeng από το Εργαστήριο Επιστήμης Υλικών Shenyang του Ινστιτούτου Έρευνας Υλικών του CAS και του Robert Ritchie του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ. Σύμφωνα με την εφημερίδα, η ερευνητική ιδέα γεννήθηκε στην Κίνα και τα δείγματα υλικών δημιουργήθηκαν επίσης εκεί. Ο Ritchie συμμετείχε στην αξιολόγηση της διαδικασίας.

Παρόλο που η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει φέρει επανάσταση στην κατασκευή, η χρήση της περιορίζεται στην κατασκευή εξαρτημάτων που απαιτούν υψηλή αντοχή στην κόπωση. Η αντοχή στην κόπωση ή αντίσταση στην κόπωση είναι η ικανότητα ενός μηχανικού εξαρτήματος να αντιστέκεται σε ζημιές από κόπωση, όπως οι κοιλότητες στα γρανάζια και οι επιφανειακές ρωγμές.

Η τρισδιάστατη εκτύπωση μετάλλων, η οποία χρησιμοποιεί λέιζερ για να λιώσει μεταλλική σκόνη και να την στρώσει σε σύνθετα σχήματα σε σύντομο χρονικό διάστημα, είναι ιδανική για την γρήγορη κατασκευή μεγάλων, σύνθετων εξαρτημάτων. Ωστόσο, η υψηλή θερμότητα που παράγεται από τις ισχυρές δέσμες λέιζερ που χρησιμοποιούνται συνήθως κατά την εκτύπωση οδηγεί στο σχηματισμό θυλάκων αέρα μέσα στο εξάρτημα, οι οποίοι μπορούν να επηρεάσουν την απόδοση του κράματος. Αυτές οι μικρές οπές μπορούν να γίνουν πηγή τάσης, οδηγώντας σε πρόωρη ρωγμή, μειώνοντας τη διάρκεια ζωής του υλικού σε κόπωση.

Για να λύσουν αυτό το πρόβλημα, η ομάδα αποφάσισε να παράγει ένα κράμα τιτανίου χωρίς πόρους. Ανέπτυξαν μια διαδικασία χρησιμοποιώντας Ti-6Al-4V, ένα κράμα τιτανίου-αλουμινίου-βαναδίου, που πέτυχε την υψηλότερη αντοχή σε κόπωση από οποιοδήποτε γνωστό κράμα τιτανίου. Σύμφωνα με τον Zhang Zhenjun, η διαδικασία ξεκινά με μια θερμή ισόθερμη λειτουργία συμπίεσης για την αφαίρεση των πόρων, ακολουθούμενη από ταχεία ψύξη πριν από την εμφάνιση οποιωνδήποτε αλλαγών στην εσωτερική δομή του κράματος. Η διαδικασία είχε ως αποτέλεσμα ένα κράμα χωρίς πόρους με αύξηση 106% στην αντοχή σε κόπωση εφελκυσμού, από τα τυπικά 475 MPa σε 978 MPa, σημειώνοντας παγκόσμιο ρεκόρ.

Ο Zhang Zhenjun δήλωσε ότι το επίτευγμα είναι πολλά υποσχόμενο για εφαρμογές σε βιομηχανίες που απαιτούν ελαφριά υλικά, όπως η αεροδιαστημική και τα οχήματα νέας ενέργειας. Μέχρι στιγμής, το υλικό έχει παραχθεί μόνο στην κλίμακα ενός πρωτοτύπου σε σχήμα αλτήρα, με το λεπτότερο μέρος να έχει μέγεθος 3 mm, πολύ μικρό για πρακτικές εφαρμογές. Αν και η τεχνολογία βρίσκεται ακόμη σε πειραματικό στάδιο, έχει μεγάλες δυνατότητες για την κατασκευή πολύπλοκων συσκευών.

Σύμφωνα με την CAS, πολλά αεροδιαστημικά εξαρτήματα, συμπεριλαμβανομένου του ακροφυσίου στους πυραύλους της NASA, της ατράκτου του μαχητικού αεροσκάφους J-20 και του ακροφυσίου καυσίμου στο κινεζικό αεροσκάφος C919, κατασκευάζονται με τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης. Με τη δυνατότητα αύξησης της κλίμακας στο μέλλον, η νέα τεχνολογία θα εφαρμοστεί ευρύτερα.

Αν Κανγκ (Σύμφωνα με την Tech Times )

[διαφήμιση_2]
Σύνδεσμος πηγής