Purdue-ingenieurs creëren ultrasterke aluminiumlegeringen voor 3D-printen met overgangsmetalen

AmsterdamIngenieurs van de Purdue Universiteit hebben een nieuwe manier ontdekt om zeer sterke aluminiumlegeringen te maken die geschikt zijn voor 3D-printen. Deze methode maakt gebruik van de plasticiteit van de legeringen. Het onderzoek werd geleid door Haiyan Wang en Xinghang Zhang, met ondersteuning van promovendus Anyu Shang.

Industrieën zoals de luchtvaart en de automobielindustrie maken gebruik van aluminiumlegeringen vanwege hun lichte en sterke eigenschappen. Deze legeringen hebben echter een groot nadeel: ze kunnen barsten wanneer ze tijdens het 3D-printproces worden verwarmd, wat de kwaliteit van het metaal kan verminderen.

Om dit te verbeteren, voegen traditionele methoden deeltjes toe om aluminiumlegeringen sterker te maken. Toch halen deze legeringen slechts sterktes van 300 tot 500 megapascal, wat aanzienlijk zwakker is dan staal's 600 tot 1.000 megapascal.

Het Purdue-team voegde overgangsmetalen zoals:

• kobalt
• ijzer
• nikkel
• titanium

Deze metalen vormen kleine, gelaagde en flexibele verbindingen met aluminium. Dit is nieuw en interessant vanwege het volgende:

• Deze intermetallische verbindingen hebben kristalstructuren met lage symmetrie en zijn meestal bros bij kamertemperatuur.
• Nanoschaal lamellaire structuren verminderen deze brosheid.
• Ze vormen fijne rozetten, wat de sterkte van de legering verbetert.

Lees ook:

Vandaag · 09:53

Ontcijferde voornaamwoorden: hersenen onthullen rol van geheugen

De nieuwe methode genereert verschillende soorten kleine structuren. In een groter aluminiumframe zitten harde, kleine metalen deeltjes. Shang legt uit dat dit zorgt voor een sterke weerstand, wat resulteert in een verbeterd vermogen om vervorming te weerstaan.

Uit testen is gebleken dat deze methode goed werkt.

• Tests op macroschaal toonden opmerkelijke plastische vervormbaarheid en een sterkte van meer dan 900 megapascal.
• Micropilaar compressietests gaven aan dat er aanzienlijke tegendruk was, waarbij bepaalde gebieden stroomspanningen van meer dan een gigapascal vertoonden.
• Na de vervorming bleek uit de analyse dat er complexe dislocatiestructuren en stapelfouten in bros intermetalen aanwezig waren.

Het onderzoek werd gepubliceerd in Nature Communications. Het Office of Technology Commercialization van Purdue heeft een octrooiaanvraag ingediend. Het project werd gefinancierd door de National Science Foundation en de U.S. Office of Naval Research.

Deze vooruitgang kan de industrieën die aluminiumlegeringen gebruiken transformeren. Sterkere en flexibeler materialen die met 3D-printing zijn vervaardigd, kunnen op meer manieren worden ingezet.