Et team av ingeniører fra Massachusetts Institute of Technology rapporterer om en enkel og rimelig metode for å forberede keramisk nanofiberforsterket Inconel 718-materiale for bruk i produksjonsprosesser for metall-PBF-additiv. Forskerteamet mener at metoden deres for å styrke 3D-trykt metallpulver med keramiske nanotråder også kan brukes til å forbedre mange andre materialer. Nøkkelmaterialer for mange viktige bruksområder innen romfart og energiproduksjon må kunne tåle ekstreme forhold som høy temperatur og strekkspenning uten svikt. Derfor har denne nye forsterkede superlegeringen utviklet av MIT et bredt spekter av bruksområder i krevende felt som flyprospekt.
"Å utvikle materialer som er mer egnet for ekstreme miljøer er alltid et presserende behov for oss, og vi tror denne tilnærmingen har implikasjoner for andre materialer i fremtiden," sa Ju Li, Battelle Energy Alliance-professor i kjerneteknikk og professor ved MITs avdeling for Materialvitenskap og ingeniørvitenskap (DMSE). stort potensial."
Forskningen ble publisert i 5. april-utgaven av Additive Manufacturing i en artikkel med tittelen "Strengthening additively made Inconel 718 through in-situ formation of nanocarbides and silicides," av Li fra Materials Research Laboratory (MRL). Han er en av de tre tilsvarende forfatterne av papiret. De to andre tilsvarende forfatterne er professor Chen Wen fra University of Massachusetts Amherst og professor A. John Hart fra Institutt for maskinteknikk ved Massachusetts Institute of Technology.
bilde
Lenker til relaterte artikler:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S221486042300091X?via prosent 3Dihub=
bilde
△Sammendrag av papirbilder
Oppgavens første forfattere er postdoktorene Emre Tekoğlu og Alexander O'Brien fra MITs avdeling for kjernefysisk vitenskap og ingeniørvitenskap (NSE); Alexander D. O'Brien, en NSE-student; og Liu fra UMass Amherst. sunn. De andre forfatterne er Baoming Wang, en DMSE postdoc ved MIT; Sina Kavak fra Istanbul tekniske universitet; MRL-forsker Yong Zhang; DMSE graduate student So Yeon Kim; NSE graduate student Wang Shitong; og Duygu Agaogullari fra Istanbul tekniske universitet. Denne forskningen ble støttet av Eni SpA gjennom MIT Energy Initiative, National Science Foundation og ARPA-E.
bilde
△ De første forfatterne av forskningsoppgaven er (fra venstre til høyre): Jian Liu fra University of Massachusetts Amherst, og Emre Tekoğlu og Alexander O'Brien fra Massachusetts Institute of Technology.
bedre ytelse
Forskerteamets metode er basert på Inconel 718-materiale, en populær "superlegering" som brukes i additive produksjonsapplikasjoner som må tåle ekstreme forhold som 700 grader Celsius (ca. 1300 grader Fahrenheit). Teamet skriver at de malte kommersielt Inconel 718-pulver med en liten mengde keramiske nanofibre, noe som resulterer i et jevnt belegg av nanokeramikken på overflaten av Inconel-partiklene.
Det resulterende pulveret brukes deretter til å lage deler ved laserpulverbedfusjon. Forskerne fant at deler laget med det nye pulveret hadde betydelig mindre porøsitet og sprekker enn deler laget med Inconel718 alene. Og dette fører igjen til sterkt økt styrke på delene, som også gir mange andre fordeler. For eksempel er de mer duktile, eller strekkbare, og har bedre motstand mot stråling og høye temperaturbelastninger.
"Forsterkningsprosessen i seg selv er også rimelig og fungerer med eksisterende 3D-skrivere. Bare bruk pulveret vårt, og du vil få bedre ytelse," sa Li.
Xu Song, en assisterende professor ved det kinesiske universitetet i Hong Kong som ikke var involvert i dette arbeidet, kommenterte: "I denne artikkelen foreslår forfatterne en ny metode for utskrift av nikkelbasert legering 718 metallmatrisekompositter forsterket med keramiske nanofibre. lasersmelteprosess induserer In-situ-oppløsningen av keramikken øker varmebestandigheten og styrken til Inconel718. I tillegg reduserer in-situ-forsterkningen kornstørrelsen og eliminerer defekter. 3D-utskrift av fremtidige metallegeringer, inkludert modifikasjon av høy -refleks av kobber og superlegeringen bruddhemming, alle kan helt klart ha nytte av denne teknologien."
bilde
△Et forskerteam ved Massachusetts Institute of Technology rapporterer om en enkel og rimelig metode for å forberede viktige forsterkningsmaterialer for romfart og kjernekraftproduksjon. "Beveren" og andre former på det trykte underlaget i dette bildet ble laget ved hjelp av ny teknologi. Fotokreditt: Alexander O'Brien
stor ny plass
Prof. Li sa: "Dette arbeidet kan åpne opp et stort nytt rom for legeringsdesign, fordi ultratynne 3D-trykte metalllegeringslag kan avkjøles mye raskere enn bulkkomponenter laget ved bruk av konvensjonelle smeltestørkningsprosesser. Derfor er mange av de kjemiske sammensetningsregler som gjelder for støping ser ikke ut til å gjelde for denne typen 3D-utskrift. Så vi har et mye større komposisjonsrom for å utforske å legge til uedle metaller i keramikk."
Emre Tekoğlu, en av hovedforfatterne av forskningsartikkelen, la til: "Denne komposisjonen er en av de første vi har designet, så det er veldig spennende å oppnå disse resultatene i det virkelige liv. Det er fortsatt mye rom for utforskning . Vi vil fortsette å utforske Den nye Inconel-komposittformuleringen har endelig ført til utviklingen av materialer som tåler mer ekstreme miljøer."
En annen hovedforfatter, Alexander O'Brien, konkluderer: "Presisjonen og skalerbarheten muliggjort av 3D-utskrift åpner nye verdener av muligheter for materialdesign. Resultatene våre her er et spennende tidlig trinn i en prosess som garantert vil ha stor innvirkning på design av fremtidig kjernekraft, romfart og all energiproduksjon.
