L-ewwel Liga Nanostructured ta 'Prestazzjoni Għolja stampata 3D Tgħaqqad Ultra-saħħa U Duttilità

Tim ta 'xjentisti pprintja 3D liga ta' entropija għolja ta 'fażi doppja li taqbeż materjali oħra ta' manifattura ta 'addittivi l-aktar avvanzati fis-saħħa u d-duttilità. Dan l-avvanz jista 'jwassal għal komponenti ta' prestazzjoni ogħla għal applikazzjonijiet fl-ajruspazju, il-mediċina, l-enerġija u t-trasport. Ix-xogħol sar minn riċerkaturi fl-Università ta 'Massachusetts Amherst u Georgia Tech. Immexxija minn Wen Chen, professur assoċjat tal-inġinerija mekkanika u industrijali f'UMass Amherst, u Ting Zhu, professur tal-inġinerija mekkanika fil-Georgia Tech, ġie ppubblikat 3 fil-ġurnal Natura.

Matul l-aħħar 15-il sena, ligi ta 'entropija għolja (HEAs) kibru fil-popolarità bħala paradigma ġdida fix-xjenza tal-materjali. Huma magħmula minn ħames elementi jew aktar fi proporzjonijiet kważi ugwali, li jagħtu lid-disinji tal-liga l-abbiltà li joħolqu kombinazzjonijiet uniċi kważi bla limitu. Ligi tradizzjonali, bħar-ram, l-istainless steel, l-azzar tal-karbonju u l-bronż, fihom taħlita ta 'element ewlieni wieħed u element wieħed jew aktar ta' traċċa.

L-istampar 3D, magħruf ukoll bħala manifattura addittiva, reċentement ħareġ bħala metodu qawwi ta 'żvilupp ta' materjal. L-istampar 3D ibbażat fuq il-lejżer jista 'jiġġenera gradjenti ta' temperatura kbira u rati għoljin ta 'tkessiħ, li ma jistgħux jinkisbu minn approċċi konvenzjonali. Madankollu, "il-potenzjal li jiġu mobilizzati l-vantaġġi kkombinati tal-manifattura addittiva u l-HEA biex jinkisbu proprjetajiet ġodda huwa fil-biċċa l-kbira mhux sfruttat," qal Zhu.

Wen Chen u t-tim tiegħu fil-Laboratorju tal-Materjali u l-Manifattura b'Ħafna Skali UMass ingħaqdu heA mat-teknoloġija tal-istampar 3D l-aktar avvanzata, fużjoni tas-sodda tat-trab tal-lejżer, biex jiżviluppaw materjali ġodda bi proprjetajiet bla preċedent. Minħabba li l-proċess idub u jissolidifika l-materjal malajr ħafna meta mqabbel mal-proċessi metallurġiċi tradizzjonali, "ikollok mikrostruttura differenti ħafna li hija 'l bogħod mill-ekwilibriju," qal Chen. Din l-istruttura mikroskopika tidher qisha web, li tikkonsisti f'saffi alternanti ta 'strutturi nanostar magħrufa bħala kubu ċċentrati fuq il-wiċċ (FCC) u kubu ċċentrat fuq il-ġisem (BCC), inkorporati fi kristalli ewtetiċi mikroskopiċi bi grupp ta' orjentazzjonijiet każwali. L-HEA ġerarkika nanostrutturata tippermetti d-deformazzjoni kooperattiva taż-żewġ fażijiet.

Chen Wen qal: "L-arranġament mill-ġdid atomiku ta 'din il-mikrostruttura mhux tas-soltu jipproduċi saħħa ultra-għolja kif ukoll duttilità mtejba, li mhix komuni minħabba li ġeneralment materjali b'saħħithom għandhom it-tendenza li jkunu fraġli. Dan huwa b'kuntrast mal-ikkastjar tradizzjonali tal-metall. proporzjon, ikollna kważi tliet darbiet is-saħħa, mhux biss mingħajr ma nitilfu d-duttilità, iżda fil-fatt inżidu d-duttilità fl-istess ħin. Għal ħafna applikazzjonijiet, il-kombinazzjoni ta 'saħħa u duttilità hija essenzjali. Is-sejbiet tagħna għandhom implikazzjonijiet kemm għax-xjenza u l-inġinerija tal-materjali Huwa oriġinali u eċċitanti.

"Il-kapaċità li tipproduċi HEAs b'saħħa u duttilità għolja tfisser li dawn il-materjali tal-istampar 3D huma aktar b'saħħithom fir-reżistenza tad-deformazzjoni applikata, li hija importanti għad-disinn ta 'strutturi ħfief b'effiċjenza mekkanika mtejba u tfaddil tal-enerġija," qal Jie Ren, l-ewwel awtur tal-karta.

Il-grupp ta 'Ting Zhu fil-Georgia Tech mexxa l-immudellar komputazzjonali għall-istudju. Huma żviluppaw mudell komputazzjonali tal-plastiċità tal-kristalli b'żewġ fażijiet biex jifhmu r-rwol mekkaniku li għandhom in-nanopartiċelli FCC u BCC u kif jaħdmu flimkien biex jagħtu lill-materjal saħħa u duttilità miżjuda.

"Ir-riżultati tas-simulazzjoni tagħna juru s-saħħa sorprendenti u r-rispons tat-twebbis tan-nanopartiċelli tal-BCC, li huma essenzjali biex tinkiseb is-sinerġija eċċellenti tas-saħħa u d-duttilità fil-ligi tagħna." Zhu Ting qal, "Dan il-fehim mekkanistiku jista 'jiggwida l-futur L-iżvilupp ta' HEAs stampati 3D bi proprjetajiet mekkaniċi speċjali jipprovdi pedament importanti."

Barra minn hekk, l-istampar 3D jipprovdi għodda qawwija għall-manifattura ta 'partijiet ġeometrikament kumplessi u tad-dwana. Fil-futur, l-ingranaġġ tat-teknoloġija tal-istampar 3D u l-ispazju enormi tad-disinn tal-liga tal-HEA joffri bosta opportunitajiet għall-produzzjoni diretta ta 'partijiet finali għal applikazzjonijiet bijomediċi u aerospazjali.