Найміцніший у світі титановий сплав, створений за допомогою технології 3D-друку.

Вчені досягли нового прориву, застосувавши технологію 3D-друку до титанових сплавів, подвоївши міцність матеріалу та розширивши його потенційне застосування в аерокосмічній галузі.

Новий титановий сплав може похвалитися рекордною міцністю на втому. Фото: iStock — Новий титановий сплав може похвалитися рекордною міцністю на втому. Фото: *iStock*

Китайська академія наук (КАН) детально описала це досягнення в дослідженні, опублікованому в журналі Nature 28 лютого. Це дослідження є результатом співпраці між вченими Чжаном Чженьцзюнем та Чжаном Чжефенгом з Шеньянської лабораторії матеріалознавства Інституту досліджень матеріалів КАН та Робертом Річі з Каліфорнійського університету в Берклі. Згідно зі статтею, ідея дослідження виникла в Китаї, і зразки матеріалів також були створені там. Річі брав участь в оцінці процесу.

Хоча 3D-друк здійснив революцію у виробництві, цей процес використовується досить обмежено у виготовленні деталей, що потребують високої стійкості до втоми. Міцність на втому, або опір втомі, – це здатність деталі машини протистояти втомним руйнуванням, таким як точкова утворення зубчастих коліс та розтріскування поверхні.

3D-друк металом, який використовує лазери для розплавлення металевого порошку та надання йому складних форм за короткий час, є ідеальним методом для швидкого виробництва великих, складних компонентів. Однак висока температура, що генерується потужним лазерним променем, який часто використовується в процесі друку, призводить до утворення повітряних кишень всередині деталі, що впливає на характеристики сплаву. Ці маленькі пори можуть стати центрами тиску, що призводить до передчасного розтріскування та зменшення терміну служби матеріалу.

Щоб вирішити цю проблему, дослідницька група вирішила виготовити пористий титановий сплав. Вони розробили процес з використанням Ti-6Al-4V, титан-алюміній-ванадієвого сплаву, який досяг найвищої стійкості до втоми серед відомих на сьогодні титанових сплавів. За словами Чжана Чженьцзюня, процес починається з гарячого ізотермічного пресування для видалення пор, а потім швидкого охолодження, перш ніж можуть відбутися будь-які зміни у внутрішній структурі сплаву. Процес забезпечує пористий сплав зі збільшенням міцності на розтяг на 106%, зі звичайних 475 МПа до 978 МПа, що є світовим рекордом.

Чжан Чженьцзюнь сказав, що це досягнення є перспективним для багатьох застосувань у галузях, що потребують легких матеріалів, таких як аерокосмічна промисловість та транспортні засоби на нових джерелах енергії. На сьогоднішній день новий матеріал виготовлено лише у масштабі прототипу, що нагадує гантель з найтоншим кінчиком 3 мм – занадто малий для практичного застосування. Хоча технологія все ще перебуває на експериментальній стадії, вона має великий потенціал для виробництва складних пристроїв.

За даними CAS, багато авіаційних компонентів, включаючи сопла ракет NASA, каркас винищувача J-20 та паливні форсунки китайського літака C919, виготовляються за допомогою технології 3D-друку. З огляду на потенціал для подальшого масштабування, ця нова технологія матиме ширше застосування.

Ан Ханг (за даними Tech Times )

Посилання на джерело