Inżynierowie z Purdue opracowują ultrawytrzymałe stopy aluminium do druku 3D

WarsawInżynierowie z Uniwersytetu Purdue odkryli nową metodę tworzenia niezwykle wytrzymałych stopów aluminium, które mogą być wykorzystywane w druku 3D. Ta technika wykorzystuje plastyczną elastyczność stopów. Badaniami kierowali Haiyan Wang i Xinghang Zhang, wspierani przez doktoranta Anyu Shanga.

Przemysły takie jak lotniczy i motoryzacyjny korzystają z stopów aluminium ze względu na ich lekkość i wytrzymałość. Niemniej jednak, stopy te mają istotny problem: podczas produkcji przyrostowej mogą pękać pod wpływem ciepła, co może obniżać jakość metalu.

Aby rozwiązać ten problem, tradycyjne metody dodają cząstki, aby wzmocnić stopy aluminium. Jednakże te stopy osiągają wytrzymałość jedynie w przedziale od 300 do 500 megapaskali, co jest znacznie słabsze niż stal o wytrzymałości od 600 do 1 000 megapaskali.

Zespół z Purdue dodał metale przejściowe takie jak:

• kobalt
• żelazo
• nikiel
• tytan

Te metale tworzą małe, warstwowe, elastyczne związki z aluminium. Jest to nowe i interesujące ponieważ:

• Te związki międzymetaliczne charakteryzują się strukturami krystalicznymi o niskiej symetrii i zazwyczaj są kruche w temperaturze pokojowej.
• Struktury lameli w nanoskali redukują ich kruchość.
• Tworzą one drobne rozety, co zwiększa ogólną wytrzymałość stopu.

Zobacz również:

Dzisiaj · 09:53

Hipokamp: klucz do zrozumienia mechanizmów pamięciowych

Nowa metoda generuje różne typy małych struktur. W ich większej aluminiowej ramie znajdują się twarde, drobne elementy metalowe. Według Shanga, to tworzy silną odporność. W rezultacie, struktury te lepiej wytrzymują deformacje.

Badania wykazały, że ta metoda działa skutecznie.

• Testy kompresji w skali makro wykazały niezwykłą plastyczność i wytrzymałość przekraczającą 900 megapascalów.
• Badania kompresji mikrosłupków wskazały na znaczący stres zwrotny, a w niektórych obszarach wykazano naprężenia przekraczające gigapaskal.
• Analiza po deformacji ujawniła skomplikowane struktury dyslokacji i wady stackingowe w kruchych intermetalicznych związkach.

Badania zostały opublikowane w Nature Communications. Biuro Komercjalizacji Technologii Uniwersytetu Purdue złożyło wniosek o patent. Projekt był finansowany przez Narodową Fundację Nauki oraz Biuro Badań Marynarki Wojennej USA.

To usprawnienie może zrewolucjonizować branże wykorzystujące stopy aluminium. Mocniejsze i bardziej elastyczne materiały stworzone za pomocą druku 3D mogą znaleźć szersze zastosowanie.