Методы аддитивного производства, используемые для производства металлических сплавов, приобрели популярность благодаря их способности изготавливать сложные формы для использования в различных технических приложениях. Тем не менее, большинство проведенных исследований были сосредоточены на разработке однофазных материалов.
Команда доктора Кельвина Се из Департамента материаловедения и инженерии Техасского университета A&M использовала передовые методы, чтобы выявить микроструктуру напечатанных на 3D-принтере двухфазных многоосновных элементов, также известных как сплавы с высокой энтропией (HEA), которые отображают сверхпрочные и пластичные свойства. Эта работа является результатом сотрудничества с доктором Вен Ченом из Массачусетского университета в Амхерсте и доктором Тинг Чжу из Технологического института Джорджии.
Исследование было недавно опубликовано в Nature .
HEA, описанные в этом исследовании, были изготовлены методом лазерной сварки в порошковом слое (L-PBF) в Массачусетском университете в Амхерсте. L-PBF — это процесс нагрева и охлаждения материалов с очень высокой скоростью, что позволяет создавать уникальные микроструктуры и настраивать механические свойства. Однако исследователи в основном сосредоточились на использовании L-PBF для однофазных материалов.
«Эвтектический сплав похож на лазанью», — сказал Се. «Сначала у вас есть лист макарон, затем соус, мясо и сыр. Эти слои повторяются. В материалах гранецентрированная кубическая фаза и объемно-центрированная кубическая фаза подобны листам макарон и начинке».
Границы раздела, разделяющие эти фазы, представляют собой прочные барьеры, обеспечивающие дополнительную прочность. Сверхбыстрая скорость охлаждения, уникальная для 3D-печати L-PBF, позволила создать сверхтонкие «листы пасты» и «начинку». Это создает интерфейсы исключительно высокой плотности, которые имеют решающее значение для сочетания превосходной прочности и пластичности.
По словам Се, это первый случай, когда исследователи получили 3D-печатный наноструктурированный HEA, который демонстрирует как сверхпрочные, так и пластичные свойства, что трудно преодолеть в материаловедении из-за противоположности этих характеристик.
В дополнение к своим благоприятным физическим свойствам при использовании в аэрокосмической или автомобильной промышленности этот материал дает возможность снизить затраты на электроэнергию .
«Везде, где потребляется энергия, возникает проблема», — сказал Се. «Например, автомобиль, перевозящий пассажиров, потребляет гораздо больше энергии, двигаясь сам, чем при перемещении пассажиров. Наши результаты показывают новые возможности для дизайна материалов, которые в конечном итоге могут привести к созданию легких альтернатив многим материалам, которые мы в настоящее время используем в производстве».
В будущем исследователи надеются использовать эту технологию для различных инженерных приложений и производства материалов, которые должны быть легкими и устойчивыми к деформации.
Дополнительная информация: Джи Рен и др., Прочные, но пластичные наноламеллярные высокоэнтропийные сплавы с помощью аддитивного производства, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04914-8
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com