3D-printede, ultrastærke og duktile legeringer danner nanostrukturer

Additive fremstillingsteknikker, der bruges til at fremstille metallegeringer, har vundet popularitet på grund af deres evne til at blive fremstillet i komplekse former til brug i forskellige tekniske applikationer. Alligevel har størstedelen af ​​udførte undersøgelser centreret sig om at udvikle enfasede materialer.

Dr. Kelvin Xies team i Department of Materials Science and Engineering ved Texas A&M University brugte avancerede karakteriseringsteknikker til at afsløre mikrostrukturen af ​​de 3D-printede dual-phase multi-principal elementer, også kendt som high entropy alloys (HEA), der viser ultrastærke og duktile egenskaber. Dette arbejde er et samarbejde med Dr. Wen Chen fra University of Massachusetts i Amherst og Dr. Ting Zhu fra Georgia Institute of Technology.

Denne undersøgelse blev for nylig offentliggjort i Nature .

HEA rapporteret i denne undersøgelse blev fremstillet gennem laserpulverbedfusion (L-PBF) ved University of Massachusetts i Amherst. L-PBF er processen med opvarmning og afkøling af materialer med meget høje hastigheder, hvilket gør det muligt at skabe unikke mikrostrukturer og skræddersy de mekaniske egenskaber. Forskere har dog i høj grad fokuseret på at bruge L-PBF til enfasede materialer.

I dette arbejde ledede Xie og hans kandidatstuderende Dexin Zhao karakteriseringsindsatsen for at forstå 3D-printede tofasede eutektiske HEA'er. I stedet for at være sammensat af en enkelt fase, er tofasede HEA'er lagdelt i en selvorganiseret struktur på nanoskala.

"En eutektisk legering ligner en lasagne," sagde Xie. "Først har du et stykke pasta, derefter sauce, kød og ost. Disse lag gentages. I materialer er den ansigtscentrerede kubiske fase og kropscentrerede kubiske fase som pastaplader og fyldet."

De grænseflader, der adskiller disse faser, er stærke barrierer, der giver yderligere styrke. Den superhurtige afkølingshastighed, som er unik for L-PBF 3D-print, skabte de superfine "pastaark" og "fyld". Dette skaber grænseflader med exceptionelt høj tæthed, der er afgørende for kombinationen af ​​fremragende styrke og duktilitet.

Ifølge Xie er det første gang, at forskerne opnåede den 3D-printede, nanostrukturerede HEA, der viser både ultrastærke og duktile egenskaber, en vanskelig bedrift at overvinde inden for materialevidenskab på grund af disse egenskabers modsatrettede karakter.

Ud over dets gunstige fysiske egenskaber, når det bruges i applikationer som rumfart eller biler, tilbyder dette materiale potentialet til at reducere energiomkostningerne.

"Hvor end der forbruges energi, er der en bekymring," sagde Xie. "For eksempel bruger en bil, der flytter passagerer, langt mere energi til at flytte sig selv, end den gør ved at flytte passagererne. Vores resultater viser nye veje til materialedesign, som i sidste ende kan føre til lette alternativer til mange af de materialer, vi i øjeblikket bruger i fremstillingen."

I fremtiden håber forskerne at kunne udnytte denne teknologi til forskellige tekniske applikationer og fremstillingsmaterialer, der skal være lette og samtidig modstå deformation.

Denne forskning er et samarbejde mellem University of Massachusetts i Amherst, Georgia Institute of Technology, University of California, Los Angeles, Rice University og Oak Ridge og Lawrence Livermore National Laboratories. + Udforsk yderligere

Forskere 3D-printer den første højtydende nanostrukturerede legering, der er både ultrastærk og duktil