Purdue-ingenjörer utvecklar ultrastarka aluminiumlegeringar för användning i 3D-utskrift

StockholmIngenjörer vid Purdue University har utvecklat en ny metod för att skapa mycket starka aluminiumlegeringar som kan användas vid 3D-utskrift. Denna teknik utnyttjar legeringarnas plastiska flexibilitet. Forskningen leddes av Haiyan Wang och Xinghang Zhang, med stöd av doktorandstudenten Anyu Shang.

Industrier som flyg- och bilindustrin använder aluminiumlegeringar eftersom de är lätta och starka. Dessa legeringar har dock ett stort problem: de tenderar att spricka när de värms upp vid additiv tillverkning, vilket kan försämra metallens kvalitet.

För att lösa detta problem tillsätter man vanligtvis partiklar för att göra aluminiumlegeringar starkare. Men dessa legeringar når endast en hållfasthet mellan 300 och 500 megapascal, vilket är betydligt svagare än stål som har en hållfasthet på 600 till 1 000 megapascal.

Purdue-teamet lade till övergångsmetaller såsom:

• kobolt
• järn
• nickel
• titan

Dessa metaller bildar små, skiktade, flexibla föreningar med aluminium. Detta är nytt och intressant eftersom:

Läs också:

Idag · 09:53

Avkoda pronomen: hjärnans roll i minne avslöjad

Dessa intermetalliska föreningar har kristallstrukturer med låg symmetri och är vanligtvis spröda vid rumstemperatur. Nanoskala lamellära strukturer minskar sprödheten. De samlas i fina rosetter, vilket förbättrar legeringens totala styrka.

Den nya metoden resulterar i olika typer av små konstruktioner. Dessa består av små hårda metallbitar inom en större ram av aluminium. Enligt Shang ger detta en stark motståndskraft, vilket leder till en bättre förmåga att motstå deformation.

Tester har visat att denna metod fungerar bra.

• Macroskaliga kompressionstester visade en anmärkningsvärd plastisk deformerbarhet och styrka på mer än 900 megapaskal.
• Mikropelare kompressionstester indikerade betydande bakspänningar, med vissa områden där flödesbelastningen översteg en gigapascal.
• Analys efter deformation avslöjade komplexa dislokationsstrukturer och staplingsfel i spröda intermetalliska föreningar.

Forskningen publicerades i Nature Communications. Purdue Universitys kontor för teknologikommercialisering ansökte om ett patent. Projektet finansierades av National Science Foundation och USA:s Office of Naval Research.

Denna förbättring kan förändra de industrier som använder aluminiumlegeringar. Starkare och mer flexibla material tillverkade med 3D-printing kan användas på fler sätt.