دانشمندان Sandia سوپرآلیاژ جدید چاپ سه بعدی ایجاد کردند
انتشار: اسفند 04، 1401
بروزرسانی:
02 خرداد 1404
دانشمندان Sandia سوپرآلیاژ جدید چاپ سه بعدی ایجاد کردند
مایکل چاندروس، دانشمند ساندیا و متخصص در مدل سازی رایانه ای در مقیاس اتمی که مستقیماً در این مطالعه شرکت نداشت، گفت: «اینها مخلوط های بسیار پیچیده ای هستند. همه این فلزات در سطح میکروسکوپی – حتی اتمی – برهم کنش می کنند، و این برهمکنش ها هستند که واقعاً تعیین می کنند که یک فلز چقدر قوی است، چقدر چکش خوار است، نقطه ذوب آن چقدر خواهد بود و غیره. مدل ما حدس و گمان های زیادی را از متالورژی می گیرد زیرا می تواند همه آن را محاسبه کند و ما را قادر می سازد تا عملکرد یک ماده جدید را قبل از ساخت آن پیش بینی کنیم.
اندرو کوستاس، دانشمند ساندیا، گفت: «ما نشان می دهیم که این ماده می تواند به ترکیباتی از استحکام بالا، وزن کم و انعطاف پذیری در دمای بالا دسترسی داشته باشد. "ما فکر می کنیم بخشی از دلیلی که به این امر دست یافتیم به دلیل رویکرد تولید افزودنی است."
اندرو کوستاس می گوید: «آهن و مقداری کربن دنیا را تغییر دادند. ما نمونه های زیادی داریم که در آن دو یا سه عنصر را برای ساخت یک آلیاژ مهندسی مفید ترکیب کرده ایم. اکنون، ما شروع می کنیم به چهار یا پنج یا فراتر از یک ماده واحد. و این زمانی است که واقعاً از دیدگاه علم مواد و متالورژی جالب و چالش برانگیز می شود.
از طریق ما با همه چیزهایی که در دنیای شگفت انگیز AM اتفاق می افتد به روز باشید لینکدین انجمن.
اندرو کوستاس گفت که چالش هایی در پیش است. به عنوان مثال، تولید سوپرآلیاژ جدید در حجم های زیاد بدون ترک های میکروسکوپی می تواند دشوار باشد، که یک چالش کلی در تولید افزودنی است. او همچنین گفت که موادی که وارد آلیاژ می شوند گران هستند، بنابراین ممکن است این آلیاژ برای کالاهای مصرفی که پایین نگه داشتن هزینه آن نگرانی اصلی است، مناسب نباشد.
منبع: ساندیا اعتبار عکس: کریگ فریتز.
تغییرات در علم مواد
حرکت رو به جلو، طبق گزارش ها، این تیم علاقه مند به کاوش است آیا تکنیک های مدل سازی رایانه ای پیشرفته می تواند به محققان کمک کند تا اعضای بیشتری را در کلاس جدیدی از سوپرآلیاژهای با کارایی بالا و افزودنی کشف کنند.
این تحقیق جدید بیشتر نشان می دهد که چگونه AM می تواند به عنوان یک روش سریع و کارآمد برای ساخت مواد جدید تغییر کاربری دهد. اعضای تیم Sandia از یک چاپگر سه بعدی برای ذوب سریع فلزات پودر شده و سپس چاپ نمونه ای از آن استفاده کردند.
آزمایش های ساندیا نشان داد که سوپرآلیاژ جدید - 42 درصد آلومینیوم، 25 درصد تیتانیوم، 13 درصد نیوبیم، 8 درصد زیرکونیوم، 8 درصد مولیبدن و 4 درصد تانتالیم - در دمای 800 درجه سانتی گراد (1472 درجه فارنهایت) قوی تر از سایر آلیاژهای با کارایی بالا است. آلیاژها، از جمله آلیاژهایی که در حال حاضر در قطعات توربین استفاده می شوند، و زمانی که به دمای اتاق بازگردانده می شوند، قوی تر هستند.
اندرو کوستاس در پایان گفت: «با تمام این اخطارها، اگر این مقیاس پذیر باشد و بتوانیم بخش عمده ای از آن ایجاد کنیم، یک تغییر دهنده بازی است.
سال رودریگز گفت: "بنابراین این یک برد برد برای انرژی اقتصادی تر و برای محیط زیست است."
به گفته اداره اطلاعات انرژی ایالات متحده، حدود 80 درصد برق در ایالات متحده از سوخت فسیلی یا نیروگاه های هسته ای تامین می شود. هر دو نوع تاسیسات برای چرخاندن توربین هایی که برق تولید می کنند به گرما متکی هستند. راندمان نیروگاه با نحوه گرم شدن قطعات توربین فلزی محدود می شود. سال رودریگز، مهندس هسته ای ساندیا که در این تحقیق شرکت نکرده است، می گوید: اگر توربین ها بتوانند در دماهای بالاتر کار کنند، «آنگاه انرژی بیشتری می تواند به الکتریسیته تبدیل شود و در عین حال میزان گرمای اتلاف آزاد شده در محیط کاهش می یابد».
محققان آزمایشگاه ملی ساندیا نشان داده اند که یک سوپرآلیاژ جدید چاپ سه بعدی می تواند به نیروگاه ها کمک کند برق بیشتری تولید کنند و کربن کمتری تولید کنند. دانشمندان با همکاری محققان آزمایشگاه ملی ایمز، دانشگاه ایالتی آیووا، و شرکت بروکر، از یک چاپگر سه بعدی برای ایجاد یک آلیاژ فلزی با کارایی بالا یا سوپرآلیاژ با ترکیبی غیرعادی استفاده کردند که آن را قوی تر و سبک تر از حالت استاندارد می کند. - مواد هنری که در حال حاضر در ماشین آلات توربین گاز استفاده می شود. این یافته ها می تواند تأثیرات گسترده ای در بخش انرژی و همچنین صنایع هوافضا و خودرو داشته باشد و به کلاس جدیدی از آلیاژهای مشابه در انتظار کشف اشاره دارد.
Nic Argibay گفت: "تئوری ساختار الکترونیکی به رهبری آزمایشگاه ایمز توانست درک منشأ اتمی این خواص مفید را ارائه دهد و ما اکنون در فرآیند بهینه سازی این کلاس جدید از آلیاژها برای رسیدگی به چالش های تولید و مقیاس پذیری هستیم."
وزارت انرژی و برنامه تحقیق و توسعه تحت هدایت آزمایشگاهی ساندیا این تحقیق را تامین مالی کردند.ساخت Sandia همچنین نشان دهنده یک تغییر اساسی در توسعه آلیاژ است زیرا هیچ فلزی بیش از نیمی از مواد را تشکیل نمی دهد. در مقایسه، فولاد حدود 98 درصد از آهن ترکیب شده با کربن، در میان عناصر دیگر است.
انرژی تنها صنعتی نیست که می تواند از این یافته ها بهره مند شود. محققان هوافضا به دنبال مواد سبک وزنی هستند که در گرمای زیاد قوی بمانند. علاوه بر این، نیک آرگیبای، دانشمند آزمایشگاه ایمز، گفت که ایمز و ساندیا با صنعت همکاری می کنند تا چگونگی استفاده از آلیاژهایی مانند این را در صنعت خودرو بررسی کنند.
