Científics de Hong Kong desenvolupen impressió 3D en miniatura per crear aliatges de titani súper forts
Un estudi dirigit per científics de la Universitat de la Ciutat de Hong Kong va utilitzar la fabricació additiva (comunament anomenada impressió 3D) per desenvolupar amb èxit un aliatge basat en titani súper fort, d'alta ductilitat i molt lleuger. El seu descobriment va obrir una nova manera de dissenyar aliatges amb estructures i propietats sense precedents per a diverses aplicacions estructurals.
Impressió 3D: més que una tecnologia d'emmotllament
La majoria de la gent pensa que la impressió 3D és una tecnologia revolucionària que pot produir peces de màquines de forma complexa en un sol pas. "No obstant això, hem revelat el seu important potencial en el disseny de materials, en lloc de simplement dissenyar figures geomètriques. Els metal·lúrgics tendeixen a creure que la falta d'uniformitat en la composició de l'aliatge és indesitjable perquè pot provocar propietats indesitjables com la fragilitat. En el procés de fabricació additiva. , com eliminar les irregularitats en el procés de refredament ràpid és un dels problemes clau.
Dissenyar una microestructura única
"Les característiques úniques de la fabricació additiva ens proporcionen una major llibertat en el disseny de microestructures", va explicar el Dr. Zhang, que també és el primer autor d'aquest article. "Concretament, hem desenvolupat un mètode d'homogeneïtzació parcial que utilitza tecnologia d'impressió 3D per produir aliatges amb gradients de concentració a nivell de micres, que no es poden aconseguir amb cap mètode tradicional de fabricació de materials".
El mètode que van proposar inclou utilitzar un raig làser enfocat per fondre i barrejar dues pols d'aliatge diferents i pols d'acer inoxidable. Mitjançant el control de paràmetres com la potència del làser i la velocitat d'escaneig durant el procés d'impressió 3D, l'equip va aconseguir crear una composició no uniforme d'elements en el nou aliatge de manera controlada.
(Mapa d'orientació del gra imprès en 3D d'aliatge de titani)
El professor Liu va dir: A més de l'ús de la fabricació additiva, la composició de les dues mescles en pols és una altra clau per crear una microestructura semblant a la lava alta metaestable sense precedents en el nou aliatge. Aquestes microestructures úniques aporten les més altes propietats mecàniques, fent que l'aliatge sigui molt resistent i lleuger. Els resultats experimentals mostren que el nou aliatge de titani té excel·lents propietats mecàniques.
Nou aliatge: 40% més lleuger, súper resistència
En termes generals, la massa de l'acer inoxidable és de 7,9 grams per centímetre cúbic, mentre que la massa del nou aliatge és de només 4,5 grams per centímetre cúbic, que és un 40% més lleuger. En els seus experiments, l'aliatge de titani amb una estructura semblant a la lava va mostrar una alta resistència a la tracció de ~ 1,3 gigapascals, amb un allargament uniforme d'uns 9%. També té una excel·lent capacitat d'enduriment per treball de més de 300 MPa, que garanteix un gran marge de seguretat abans de la fractura, que és molt útil en aplicacions estructurals.
Aquestes excel·lents propietats tenen bones perspectives d'aplicació estructural en diverses situacions, com ara les indústries aeroespacial, automotriu, química i mèdica. Com a primer equip a utilitzar la tecnologia d'impressió 3D per desenvolupar un nou aliatge amb una microestructura i propietats úniques, seguirem aplicant aquest concepte de disseny a diferents sistemes d'aliatge i explorarem més altres propietats del nou aliatge.
