دانشمندان با به کارگیری فناوری چاپ سهبعدی بر روی آلیاژهای تیتانیوم، به موفقیت جدیدی دست یافتهاند که استحکام این ماده را دو برابر کرده و کاربردهای بالقوه آن را در هوافضا گسترش میدهد.
آلیاژ تیتانیوم جدید از مقاومت خستگی رکوردشکنی برخوردار است. عکس: iStock
آکادمی علوم چین (CAS) جزئیات این دستاورد را در مطالعهای که در ۲۸ فوریه در مجله Nature منتشر شد، شرح داد. این تحقیق نتیجه همکاری بین دانشمندان ژانگ ژنجون و ژانگ ژفنگ از آزمایشگاه علوم مواد شنیانگ از موسسه تحقیقات مواد CAS و رابرت ریچی در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی است. طبق این مقاله، ایده تحقیق از چین سرچشمه گرفته و نمونههای مواد نیز در آنجا ایجاد شدهاند. ریچی در ارزیابی این فرآیند شرکت داشته است.
اگرچه چاپ سهبعدی انقلابی در تولید ایجاد کرده است، اما این فرآیند به طور محدود در ساخت قطعاتی که نیاز به مقاومت بالا در برابر خستگی دارند، استفاده میشود. استحکام خستگی یا مقاومت در برابر خستگی، توانایی یک قطعه ماشین در مقاومت در برابر شکستهای ناشی از خستگی مانند ایجاد حفره در چرخدنده و ترک خوردگی سطحی است.
چاپ سهبعدی فلز، که از لیزر برای ذوب پودر فلز و لایهبندی آن به شکلهای پیچیده در مدت زمان کوتاه استفاده میکند، روشی عالی برای تولید سریع قطعات بزرگ و پیچیده است. با این حال، گرمای زیاد تولید شده توسط پرتو لیزر قدرتمند که اغلب در فرآیند چاپ استفاده میشود، منجر به تشکیل حفرههای هوا در داخل قطعه میشود و بر عملکرد آلیاژ تأثیر میگذارد. این منافذ کوچک میتوانند به مراکز فشار تبدیل شوند و منجر به ترک خوردگی زودرس و کاهش عمر خستگی ماده شوند.
برای حل این مشکل، تیم تحقیقاتی تصمیم به تولید یک آلیاژ تیتانیوم متخلخل گرفت. آنها فرآیندی را با استفاده از Ti-6Al-4V، یک آلیاژ تیتانیوم-آلومینیوم-وانادیوم، توسعه دادند که به بالاترین مقاومت در برابر خستگی در بین آلیاژهای تیتانیوم شناخته شده تا به امروز دست یافت. به گفته ژانگ ژنجون، این فرآیند با پرس ایزوترمال داغ برای از بین بردن منافذ آغاز میشود و به دنبال آن قبل از هرگونه تغییر در ساختار داخلی آلیاژ، خنکسازی سریع انجام میشود. این فرآیند، آلیاژ متخلخلی را با افزایش 106 درصدی مقاومت خستگی کششی از 475 مگاپاسکال معمول به 978 مگاپاسکال ارائه میدهد که یک رکورد جهانی است.
ژانگ ژنجون گفت که این دستاورد نویدبخش کاربردهای بسیاری در صنایعی است که به مواد سبک وزن نیاز دارند، مانند هوافضا و وسایل نقلیه انرژی جدید. تا به امروز، این ماده جدید فقط در مقیاس نمونه اولیه تولید شده است، شبیه یک دمبل با نازکترین نقطه ۳ میلیمتر - که برای کاربرد عملی بسیار کوچک است. اگرچه این فناوری هنوز در مرحله آزمایشی است، اما پتانسیل بالایی برای ساخت دستگاههای پیچیده دارد.
طبق گفته CAS، بسیاری از قطعات هوانوردی، از جمله نازلهای موشکهای ناسا، بدنه جت جنگنده J-20 و نازلهای سوخت هواپیمای C919 چین، با استفاده از فناوری چاپ سهبعدی ساخته میشوند. با توجه به پتانسیل مقیاسپذیری در آینده، این فناوری جدید کاربردهای وسیعتری خواهد داشت.
آن خانگ (طبق گفته تک تایمز )
لینک منبع
نظر (0)