Вторник, 27 февраля, 2024
ДомойТехнологииАлхимия сплавов: металлы, созданные лазером, бросающие вызов пределам прочности

Алхимия сплавов: металлы, созданные лазером, бросающие вызов пределам прочности

- Advertisement -

Инновационные высокоэнтропийные сплавы, созданные с помощью лазерного аддитивного производства, обеспечивают беспрецедентную прочность и пластичность для промышленного применения. Эти новые материалы, проанализированные с помощью передовых методов, обещают улучшенные характеристики в экстремальных условиях. Фото: SciTechDaily.com

Лазерное аддитивное производство позволяет производить высокоэнтропийные сплавы, которые более прочны и менее склонны к разрушению.

Исследователи создают материал, называемый прочными высокоэнтропийными сплавами (HEA), путем объединения нескольких элементарных металлов. HEA потенциально могут использоваться в приложениях, связанных с сильным износом, экстремальными температурами, радиацией и высокими нагрузками.

Их можно изготовить с помощью 3D-печати, также известной как аддитивное производство (АП), но это обычно приводит к плохой пластичности. Это означает, что HEA, напечатанным на 3D-принтере, трудно придать форму, и они не деформируются и не растягиваются настолько под нагрузками, чтобы предотвратить переломы.

Ученые теперь используют лазерный АМ для создания HEA, которые являются более прочными и пластичными. Они использовали рассеяние нейтронов и рентгеновских лучей, а также электронную микроскопию, чтобы лучше понять механизмы улучшения производительности.

Потенциальное промышленное применение и энергоэффективность

Однажды промышленность сможет использовать в производстве более прочные и легко формируемые HEA. Для работы в этих целях легкие и сложные детали из HEA нуждаются в повышенной прочности, надежности и устойчивости к разрушению.

Это принесет пользу, например, потребителям и промышленности, поскольку позволит производить более безопасные и экономичные автомобили, более прочную продукцию и более долговечное оборудование. Кроме того, лазерный АМ, при котором лазеры плавят порошковые сплавы в твердые металлические формы, отличается высокой энергоэффективностью. Это делает его привлекательным для производства новых типов ВЭА.

Изображения двух кристаллических структур (справа), обнаруженных в высокоэнтропийном сплаве (слева), изготовленном методом аддитивного производства. Фото: Массачусетский университет в Амхерсте.

Структура наноламелей и механические свойства

В результате лазерного процесса AM были получены наноламели (тонкие слои пластин) нанометровой толщины, обеспечивающие высокую прочность, в то время как четкие края пластин допускают определенную степень проскальзывания (пластичности). Пластины состоят из чередующихся слоев гранецентрированных кубических (FCC) кристаллических структур, средняя толщина которых составляет около 150 нанометров, и объемноцентрированных кубических (BCC) кристаллических структур, средняя толщина которых составляет около 65 нанометров.

Новые HEA продемонстрировали высокий предел текучести около 1,3 гигапаскаля, что превышает показатели самых прочных титановых сплавов. Эти HEA также обеспечивают удлинение около 14%, что выше, чем у других металлических сплавов AM при том же пределе текучести. Удлинение — это мера того, какой изгиб материал может выдержать, не сломавшись.

Передовые исследовательские методы и оборудование

Нейтронные данные Источник нейтронов расщепленияпользовательское подразделение Управления науки Министерства энергетики (DOE) в Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL), позволило исследователям изучить распределение внутренней механической нагрузки образцов HEA, находящихся под нагрузкой.

Исследователи использовали атом зондовый прибор на Центр наук о нанофазных материалахтакже являющийся пользовательским центром Министерства энергетики в ORNL, для получения детальных трехмерных изображений композиций и микроструктур, состоящих из чередующихся слоев наноламелей.

Фазы различных отожженных образцов исследовали методом рентгеновской дифракции на Усовершенствованный источник фотоновеще один пользовательский объект Управления науки Министерства энергетики США в Аргоннской национальной лаборатории.

Ссылка: «Прочные, но пластичные наноламеллярные высокоэнтропийные сплавы, полученные методом аддитивного производства», Цзе Жэнь, Инь Чжан, Дексин Чжао, Янь Чен, Шуай Гуань, Яньфан Лю, Лян Лю, Сиюань Пэн, Фанюэ Конг, Джонатан Д. Поплавски, Гуанхуэй Гао , Томас Вуазен, Ке Ан, Ю. Моррис Ван, Кельвин Ю. Се, Тин Чжу и Вэнь Чен, 3 августа 2022 г., Природа.
DOI: 10.1038/s41586-022-04914-8

Это исследование было выполнено в Источнике расщепленных нейтронов, Усовершенствованном источнике фотонов и Центре нанофазных материаловедение, которые являются объектами пользователей Управления науки Министерства энергетики США. Финансирование этой работы осуществлялось Национальным научным фондом, Массачусетским университетом в Амхерсте и программой исследований и разработок под руководством лаборатории Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме