سخت‌ترین آلیاژ تیتانیوم جهان با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی ساخته شد

دانشمندان با به کارگیری فناوری چاپ سه بعدی بر روی آلیاژهای تیتانیوم به نتایج جدیدی دست یافته اند که دوام این ماده را دو برابر کرده و کاربردهای بالقوه آن را در هوافضا گسترش می دهد.

آلیاژ تیتانیوم جدید دارای مقاومت خستگی بی‌سابقه‌ای است. عکس: iStock — آلیاژ تیتانیوم جدید دارای مقاومت خستگی بی‌سابقه‌ای 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 از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی بود. طبق این مقاله، ایده این تحقیق در چین متولد شده 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 استفاده از آن محدود به ساخت قطعاتی است که نیاز به مقاومت بالا در برابر خستگی دارند. استحکام خستگی یا مقاومت در برابر خستگی، توانایی یک قطعه ماشین در مقاومت در برابر آسیب‌های ناشی از خستگی مانند ایجاد حفره در چرخ‌دنده و ترک‌خوردگی سطحی است.

چاپ سه‌بعدی فلز، که از لیزر برای ذوب پودر فلز و لایه‌بندی آن به اشکال پیچیده در مدت زمان کوتاه استفاده می‌کند، برای تولید سریع قطعات بزرگ و پیچیده ایده‌آل است. با این حال، گرمای زیاد تولید شده توسط پرتوهای لیزر قدرتمند که معمولاً در حین چاپ استفاده می‌شوند، منجر به تشکیل حفره‌های هوا در داخل قطعه می‌شود که می‌تواند بر عملکرد آلیاژ تأثیر بگذارد. این حفره‌های کوچک می‌توانند به منبع تنش تبدیل شوند و منجر به ترک خوردگی زودرس و کاهش عمر خستگی ماده شوند.

برای حل این مشکل، تیم تصمیم گرفت یک آلیاژ تیتانیوم بدون تخلخل تولید کند. آنها فرآیندی را با استفاده از Ti-6Al-4V، یک آلیاژ تیتانیوم-آلومینیوم-وانادیوم، توسعه دادند که به بالاترین استحکام خستگی در بین تمام آلیاژهای تیتانیوم شناخته شده دست یافت. به گفته ژانگ ژنجون، این فرآیند با یک عملیات پرس ایزوترمال داغ برای حذف تخلخل‌ها آغاز می‌شود و به دنبال آن قبل از هرگونه تغییر در ساختار داخلی آلیاژ، خنک‌سازی سریع انجام می‌شود. این فرآیند منجر به یک آلیاژ بدون تخلخل با افزایش 106 درصدی استحکام خستگی کششی، از 475 مگاپاسکال معمولی به 978 مگاپاسکال شد که یک رکورد جهانی را ثبت کرد.

ژانگ ژنجون گفت که این دستاورد نویدبخش کاربردهایی در صنایعی است که به مواد سبک وزن نیاز دارند، مانند هوافضا و وسایل نقلیه با انرژی جدید. تاکنون، این ماده فقط در مقیاس یک نمونه اولیه دمبل شکل با نازک‌ترین قسمت به اندازه ۳ میلی‌متر تولید شده است که برای کاربردهای 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 هوافضا، از جمله نازل موشک‌های ناسا، بدنه جت جنگنده J-20 و نازل سوخت هواپیمای C919 چین، با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی ساخته شده‌اند. با قابلیت افزایش مقیاس در آینده، این فناوری جدید به طور گسترده‌تری مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

آن خانگ (طبق گفته تک تایمز )

لینک منبع