Một nhóm kỹ sư từ Viện Công nghệ Massachusetts báo cáo một phương pháp đơn giản và rẻ tiền để điều chế vật liệu Inconel 718 được gia cố bằng sợi nano gốm để sử dụng trong các quy trình sản xuất phụ gia PBF kim loại. Nhóm nghiên cứu tin rằng phương pháp tăng cường bột kim loại in 3D bằng dây nano gốm của họ cũng có thể được sử dụng để cải thiện nhiều vật liệu khác. Các vật liệu chính cho nhiều ứng dụng quan trọng trong ngành hàng không vũ trụ và sản xuất năng lượng phải có khả năng chịu được các điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao và ứng suất kéo mà không bị hỏng. Do đó, siêu hợp kim mới được tăng cường này do MIT phát triển có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực đòi hỏi khắt khe như triển vọng hàng không vũ trụ.
"Phát triển vật liệu phù hợp hơn với môi trường khắc nghiệt luôn là nhu cầu cấp thiết đối với chúng tôi và chúng tôi tin rằng phương pháp này có ý nghĩa đối với các vật liệu khác trong tương lai", Ju Li, Giáo sư Kỹ thuật Hạt nhân của Liên minh Năng lượng Battelle và giáo sư tại Khoa Khoa học và Công nghệ của MIT cho biết. Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu (DMSE). tiềm năng to lớn."
Nghiên cứu được đăng trên tạp chí Sản xuất phụ gia số ra ngày 5 tháng 4 trong một bài báo có tiêu đề "Tăng cường Inconel 718 được sản xuất phụ gia thông qua sự hình thành tại chỗ của cacbua nano và silicua," của Li thuộc Phòng thí nghiệm nghiên cứu vật liệu (MRL). Ông là một trong ba tác giả tương ứng của bài báo. Hai tác giả tương ứng khác là Giáo sư Chen Wen từ Đại học Massachusetts Amherst và Giáo sư A. John Hart từ Khoa Cơ khí tại Viện Công nghệ Massachusetts.
hình ảnh
Liên kết đến các tài liệu liên quan:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S221486042300091X?via phần trăm 3Dihub=
hình ảnh
△Tóm tắt hình ảnh giấy
Các đồng tác giả đầu tiên của bài báo là postdocs Emre Tekoğlu và Alexander O'Brien thuộc Khoa Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân (NSE) của MIT; Alexander D. O'Brien, một sinh viên tốt nghiệp NSE; và Liu của UMass Amherst. khỏe mạnh. Các tác giả khác là Baoming Wang, một postdoc DMSE tại MIT; Sina Kavak của Đại học Kỹ thuật Istanbul; nhà nghiên cứu MRL Yong Zhang; sinh viên tốt nghiệp DMSE So Yeon Kim; sinh viên tốt nghiệp NSE Wang Shitong; và Duygu Agaogullari của Đại học Kỹ thuật Istanbul. Nghiên cứu này được Eni SpA hỗ trợ thông qua Sáng kiến Năng lượng MIT, Quỹ Khoa học Quốc gia và ARPA-E.
hình ảnh
△Các đồng tác giả đầu tiên của bài báo nghiên cứu là (từ trái sang phải): Jian Liu của Đại học Massachusetts Amherst, và Emre Tekoğlu và Alexander O'Brien của Viện Công nghệ Massachusetts.
hiệu suất tốt hơn
Phương pháp của nhóm nghiên cứu dựa trên vật liệu Inconel 718, một loại "siêu hợp kim" phổ biến được sử dụng trong các ứng dụng sản xuất bồi đắp cần chịu được các điều kiện khắc nghiệt như 700 độ C (khoảng 1.300 độ F). Nhóm nghiên cứu viết rằng họ nghiền bột Inconel 718 thương mại với một lượng nhỏ sợi nano gốm, tạo ra một lớp phủ gốm nano đồng nhất trên bề mặt của các hạt Inconel.
Bột thu được sau đó được sử dụng để chế tạo các bộ phận bằng phản ứng tổng hợp giường bột bằng laser. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các bộ phận được làm bằng loại bột mới có độ xốp và vết nứt ít hơn đáng kể so với các bộ phận được làm bằng riêng Inconel718. Và điều này dẫn đến độ bền của các bộ phận tăng lên rất nhiều, đồng thời cũng mang lại nhiều lợi thế khác. Ví dụ, chúng dễ uốn hơn, hoặc co giãn hơn và có khả năng chống bức xạ và tải trọng nhiệt độ cao tốt hơn.
"Ngoài ra, bản thân quá trình tăng cường không tốn kém và hoạt động với các máy in 3D hiện có. Chỉ cần sử dụng bột của chúng tôi và bạn sẽ có hiệu suất tốt hơn", Li nói.
Xu Song, trợ lý giáo sư tại Đại học Hồng Kông, người không tham gia vào nghiên cứu này, nhận xét: "Trong bài báo này, các tác giả đề xuất một phương pháp mới để in vật liệu tổng hợp ma trận kim loại 718 dựa trên hợp kim niken được gia cố bằng sợi nano gốm. quá trình nóng chảy bằng laser gây ra Sự hòa tan tại chỗ của gốm giúp tăng cường khả năng chịu nhiệt và độ bền của Inconel718. Ngoài ra, việc tăng cường tại chỗ làm giảm kích thước hạt và loại bỏ các khuyết tật. Việc in 3D các hợp kim kim loại trong tương lai, bao gồm cả việc sửa đổi độ cao -đồng phản xạ và ức chế đứt gãy siêu hợp kim, rõ ràng tất cả đều có thể được hưởng lợi từ công nghệ này."
hình ảnh
△Một nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts báo cáo một phương pháp đơn giản và rẻ tiền để chuẩn bị các vật liệu gia cường chính cho các ứng dụng sản xuất năng lượng hạt nhân và hàng không vũ trụ. "Hải ly" và các hình dạng khác trên đế in trong ảnh này được tạo bằng công nghệ mới. Ảnh tín dụng: Alexander O'Brien
không gian mới rộng lớn
Giáo sư Li cho biết: "Công trình này có thể mở ra một không gian mới to lớn cho thiết kế hợp kim, bởi vì các lớp hợp kim kim loại được in 3D siêu mỏng có thể được làm lạnh nhanh hơn nhiều so với các thành phần khối được tạo ra bằng quy trình hóa rắn nóng chảy thông thường. Do đó, nhiều quy tắc thành phần hóa học áp dụng cho đúc dường như không áp dụng cho loại in 3D này. Vì vậy, chúng tôi có một không gian thành phần lớn hơn nhiều để khám phá việc thêm các kim loại cơ bản vào đồ gốm."
Emre Tekoğlu, một trong những tác giả chính của bài báo nghiên cứu, nói thêm: "Thành phần này là một trong những thành phần đầu tiên mà chúng tôi thiết kế, vì vậy rất thú vị khi đạt được những kết quả này trong cuộc sống thực. Vẫn còn rất nhiều chỗ để khám phá .Chúng tôi sẽ tiếp tục khám phá Công thức composite Inconel mới cuối cùng đã dẫn đến sự phát triển của các vật liệu có thể chịu được các môi trường khắc nghiệt hơn."
Một tác giả chính khác, Alexander O'Brien, kết luận: "Độ chính xác và khả năng mở rộng nhờ in 3D mở ra những thế giới mới về khả năng thiết kế vật liệu. Kết quả của chúng tôi ở đây là một bước khởi đầu thú vị trong một quy trình Chắc chắn sẽ có tác động lớn đến thế giới thiết kế hạt nhân, hàng không vũ trụ và sản xuất năng lượng trong tương lai.
