آلیاژهای پرینت سه بعدی، بسیار قوی و انعطاف پذیر، نانوساختارها را تشکیل می دهند

3 اکتبر 2022 -توسط میشل ریولز، کالج مهندسی دانشگاه A&M تگزاس -از طریق همجوشی بستر پودر لیزری، آلیاژ یوتکتیک کشف شده با آنتروپی بالا می تواند برای توسعه ساختارهای پیچیده و نانولایه استفاده شود. اعتبار: دکتر کلوین زی

تکنیک‌های ساخت افزودنی مورد استفاده برای تولید آلیاژهای فلزی به دلیل توانایی آنها در ساخت اشکال پیچیده برای استفاده در کاربردهای مختلف مهندسی، محبوبیت پیدا کرده‌اند. با این حال، اکثر مطالعات انجام شده حول توسعه مواد تک فاز متمرکز شده اند.

تیم دکتر کلوین زی در دپارتمان علوم و مهندسی مواد در دانشگاه A&M تگزاس از تکنیک‌های توصیفی پیشرفته برای آشکار کردن ریزساختار عناصر چند فازی دوفاز چاپ سه‌بعدی، که به عنوان آلیاژهای آنتروپی بالا (HEAs) نیز شناخته می‌شوند، استفاده کردند. خواص فوق العاده قوی و انعطاف پذیر این اثر با همکاری دکتر ون چن از دانشگاه ماساچوست در آمهرست و دکتر تینگ ژو از موسسه فناوری جورجیا انجام شده است.

این مطالعه اخیرا در Nature منتشر شده است.

HEA گزارش شده در این مطالعه از طریق همجوشی بستر پودر لیزری (L-PBF) در دانشگاه ماساچوست در Amherst ساخته شد. L-PBF فرآیند گرمایش و سرمایش مواد با سرعت بسیار سریع است که امکان ایجاد ریزساختارهای منحصر به فرد و ایجاد خواص مکانیکی را فراهم می کند. با این حال، محققان تا حد زیادی بر استفاده از L-PBF برای مواد تک فاز متمرکز شده اند.

در این کار، زی و دانشجوی فارغ التحصیلش، دکسین ژائو، تلاش شخصیت پردازی را برای درک HEA های یوتکتیک دو فازی چاپ سه بعدی رهبری کردند. HEA های دو فازی به جای اینکه از یک فاز تشکیل شوند، در یک ساختار خود سازماندهی شده در مقیاس نانو لایه بندی می شوند.

زی گفت: «آلیاژ یوتکتیک شبیه لازانیا است. ابتدا یک ورقه پاستا دارید، سپس سس، گوشت و پنیر. این لایه‌ها تکرار می‌شوند. در مواد، فاز مکعبی روی وسط و فاز مکعبی بدن مانند ورقه‌های ماکارونی و فیلینگ هستند.

رابط هایی که این فازها را از هم جدا می کنند، موانع قوی هستند که استحکام بیشتری را فراهم می کنند. سرعت خنک‌کننده فوق‌العاده سریع، که منحصر به فرد پرینت سه بعدی L-PBF است، «ورق‌های پاستا» و «پر کننده» فوق‌العاده ظریف را ایجاد کرد. این رابط های فوق العاده با چگالی بالا ایجاد می کند که برای ترکیبی از استحکام و شکل پذیری عالی بسیار مهم است.

به گفته زی، این اولین باری است که محققان به HEA با پرینت سه بعدی و نانوساختار دست یافته‌اند که هم خواص فوق‌العاده قوی و هم انعطاف‌پذیری را نشان می‌دهد، یک شاهکار دشوار برای غلبه بر علم مواد به دلیل ماهیت متضاد این ویژگی‌ها.

این ماده علاوه بر خواص فیزیکی مطلوب، زمانی که در کاربردهایی مانند هوافضا یا اتومبیل استفاده می‌شود، پتانسیل کاهش هزینه‌های انرژی را ارائه می‌دهد.

شی گفت: «هرجا انرژی مصرف شود، نگرانی وجود دارد. “به عنوان مثال، خودرویی که مسافران را جابجا می کند، انرژی بیشتری در حرکت خود نسبت به جابجایی سرنشینان مصرف می کند. یافته های ما راه های جدیدی را برای طراحی مواد نشان می دهد، که در نهایت می تواند به جایگزین های سبک وزن برای بسیاری از موادی که در حال حاضر در تولید استفاده می کنیم، منجر شود.”

در آینده، محققان امیدوارند که از این فناوری برای کاربردهای مهندسی مختلف و مواد تولیدی استفاده کنند که باید در عین مقاومت در برابر تغییر شکل، سبک وزن باشند.

این تحقیق یک تلاش مشترک بین دانشگاه ماساچوست در امهرست، موسسه فناوری جورجیا، دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس، دانشگاه رایس، و آزمایشگاه‌های ملی اوک ریج و لارنس لیورمور است.