Sonsuz Ark/ Evrensel Çerçeveye Yolculuk
"Gelecekte, 3D baskı teknolojisinden ve HEA'ların geniş alaşım tasarım alanından yararlanmak, biyomedikal ve havacılık uygulamaları için son kullanım bileşenlerinin doğrudan üretimi için geniş fırsatlar sunuyor."
First 3D-Printed High-Performance Nanostructured Alloy That’s Both Ultrastrong and Ductile
Bilim adamlarından oluşan bir ekip, diğer son teknoloji eklemeli olarak üretilmiş malzemelerin mukavemetini ve sünekliğini aşan, çift fazlı, nano yapılı yüksek entropili bir alaşımı 3D ile yazdırdı. Bu buluş, havacılık, tıp, enerji ve ulaşım alanlarındaki uygulamalar için daha yüksek performanslı bileşenlere yol açabilir.
Araştırma, Massachusetts Amherst Üniversitesi ve Georgia Teknoloji Enstitüsü'nden araştırmacılar tarafından yapıldı. UMass'ta makine ve endüstri mühendisliği yardımcı doçenti Wen Chen ve Georgia Tech'de makine mühendisliği profesörü Ting Zhu tarafından yönetildi, Nature dergisinde bugün (3 Ağustos 2022) yayınlanacak.
3D Baskı İlk Yüksek Performanslı Nanoyapılı Alaşım
Araştırmacılar, diğer son teknoloji eklemeli olarak üretilmiş malzemelerin mukavemetini ve sünekliğini aşan, çift fazlı, nano yapılı yüksek entropili bir alaşımı başarılı bir şekilde 3D olarak bastı. Kaynak: UMass Amherst
Yüksek entropi alaşımları (HEA), son 15 yılda malzeme biliminde yeni bir paradigma olarak giderek daha popüler hale geldi. Neredeyse eşit oranlarda beş veya daha fazla elementten oluşuyorlar ve alaşım tasarımı için neredeyse sonsuz sayıda benzersiz kombinasyon oluşturma yeteneği sunuyorlar. Pirinç, paslanmaz çelik, karbon çeliği ve bronz gibi geleneksel alaşımlar, bir veya daha fazla eser elementle birleştirilmiş bir birincil element içermektedir.
UMass Amherst'te makine ve endüstri mühendisliği yardımcı doçenti olan Wen Chen, 3D baskılı yüksek entropi alaşımlı bileşenlerin (soğutucu fanı ve oktect kafesi, solda) ve enine kesit elektron geri saçılım kırınımı ters kutuplu şekil haritasının görüntülerinin önünde duruyor. rastgele yönlendirilmiş bir nanolamella mikro yapısı (sağda). Kaynak: UMass Amherst
Eklemeli üretim olarak da bilinen 3D baskı, son zamanlarda malzeme geliştirmeye yönelik güçlü bir yaklaşım olarak ortaya çıkmıştır. Lazer tabanlı 3D baskı, geleneksel yollarla kolayca erişilemeyen büyük sıcaklık gradyanları ve yüksek soğutma oranları üretebilir. Bununla birlikte, Zhu, “yeni özellikler elde etmek için eklemeli üretimin ve HEA'ların birleşik faydalarından yararlanma potansiyeli büyük ölçüde keşfedilmemiş durumda” diyor.
UMass Amherst Doktora öğrencisi Jie Ren, Wen Chen'in laboratuvarında yapılan 3D baskılı yüksek entropi alaşımlı bileşenlerden biri olan minyatür bir soğutucu fana sahip. UMass Amherst ve Georgia Tech tarafından yapılan araştırmalar, mikro yapının atomik yeniden düzenlenmesi, ultra yüksek mukavemetin yanı sıra gelişmiş süneklik sağlar. Kaynak: UMass Amherst
Chen ve UMass Çok Ölçekli Malzemeler ve Üretim Laboratuvarındaki ekibi, benzeri görülmemiş özelliklere sahip yeni malzemeler geliştirmek için bir HEA'yı lazer tozu yatak füzyonu adı verilen son teknoloji 3D baskı tekniğiyle birleştirdi. Chen, sürecin geleneksel metalurjiye kıyasla malzemelerin çok hızlı bir şekilde erimesine ve katılaşmasına neden olduğundan, oluşturulan bileşenler üzerinde "dengeden uzak çok farklı bir mikro yapı elde edersiniz" diyor.
Bu mikro yapı bir ağa benzer ve yüz merkezli kübik (FCC) ve vücut merkezli kübik (BCC) nanolamelli yapılar olarak bilinen alternatif katmanlardan oluşuyor ve rastgele yönelimlerle mikro ölçekli ötektik kolonilere gömülüyor. Hiyerarşik nanoyapılı HEA, iki fazın işbirlikçi deformasyonunu sağlıyor.
Chen, "Bu olağandışı mikro yapının atomik olarak yeniden düzenlenmesi, genellikle güçlü malzemeler kırılgan olma eğiliminde olduğu için nadir görülen, gelişmiş sünekliğin yanı sıra ultra yüksek mukavemete yol açar" diyor. Geleneksel metal döküm ile karşılaştırıldığında, "mukavemeti neredeyse üç katına çıkardık ve hem sünekliği kaybetmedik, hem de aynı anda arttırdık" diyor. "Birçok uygulama için, güç ve sünekliğin bir kombinasyonu anahtardır. Bulgularımız hem malzeme bilimi hem de mühendislik için özgün ve heyecan verici."
Chen'in doktora (Ph.D.) öğrencisi ve makalenin ilk yazarı Jie Ren, “Güçlü ve sünek YEA üretme yeteneği, bu 3D baskılı malzemelerin uygulanan deformasyona karşı daha dayanıklı olduğu anlamına gelir; bu, hafif yapısal tasarım için geliştirilmiş mekanik verimlilik ve enerji tasarrufu için önemlidir” diyor.
Zhu'nun Georgia Tech'deki grubu, araştırma için hesaplamalı modellemeye öncülük etti. Hem FCC hem de BCC nanolamellerinin oynadığı mekanik rolleri ve bunların malzemeye ilave güç ve süneklik kazandırmak için nasıl birlikte çalıştıklarını anlamak için çift fazlı kristal plastisite hesaplama modelleri geliştirdi.
"Simülasyon sonuçlarımız, alaşımımızın olağanüstü mukavemet-süneklik sinerjisini elde etmek için çok önemli olan BCC nanolamellerinde şaşırtıcı derecede yüksek mukavemetli ancak yüksek sertleşme tepkilerini gösteriyor. Bu mekanik anlayış, olağanüstü mekanik özelliklere sahip 3D baskılı HEA'ların gelecekteki gelişimine rehberlik etmek için önemli bir temel sağlıyor” diyor Zhu.
Ayrıca 3D baskı, geometrik olarak karmaşık ve özelleştirilmiş parçalar yapmak için güçlü bir araç sunuyor. Gelecekte, 3D baskı teknolojisinden ve HEA'ların geniş alaşım tasarım alanından yararlanmak, biyomedikal ve havacılık uygulamaları için son kullanım bileşenlerinin doğrudan üretimi için geniş fırsatlar sunuyor.
Kağıt üzerindeki ek araştırma ortakları arasında Texas A&M Üniversitesi, California Los Angeles Üniversitesi, Rice Üniversitesi ve Oak Ridge ve Lawrence Livermore ulusal laboratuvarları yer alıyor.
Massachusetts Amherst Üniversitesi, 3 Ağustos 2022, SciTechDaily
Mustafa Tamer, 16.11.2022, Sonsuz Ark, Çeviri, Bilim ve Teknoloji, Aklın Merdivenleri
Referans: 3 Ağustos 2022, Nature. DOI: 10.1038/s41586-022-04914-8
- Sonsuz Ark'ta yayınlanan yazılardan yazarları sorumludur.
- Sonsuz Ark linki verilerek kısmen alıntı yapılabilir.
- Sonsuz Ark yayınları Sonsuz Ark manifestosuna aykırı yayın yapan sitelerde yayınlanamaz.
- Sonsuz Ark Yayınlarının Kullanımına İlişkin Önemli Duyuru için lütfen tıklayınız.