Et team af ingeniører fra Massachusetts Institute of Technology rapporterer om en enkel og billig metode til at fremstille keramisk nanofiber-forstærket Inconel 718-materiale til brug i metal-PBF-additive fremstillingsprocesser. Forskerholdet mener, at deres metode til at styrke 3D-printede metalpulvere med keramiske nanotråde også kunne bruges til at forbedre mange andre materialer. Nøglematerialer til mange vigtige applikationer inden for rumfart og energiproduktion skal være i stand til at modstå ekstreme forhold som høj temperatur og trækspænding uden fejl. Derfor har denne nye styrkede superlegering udviklet af MIT en bred vifte af applikationer inden for krævende områder som for eksempel rumfartsprojekter.
"At udvikle materialer, der er mere egnede til ekstreme miljøer, er altid et presserende behov for os, og vi tror på, at denne tilgang har konsekvenser for andre materialer i fremtiden," siger Ju Li, Battelle Energy Alliance professor i Nuklear Engineering og professor i MIT's afdeling for Materials Science and Engineering (DMSE). kæmpe potentiale."
Forskningen blev offentliggjort i april-udgaven af Additive Manufacturing i et papir med titlen "Strengthening additively made Inconel 718 through in-situ formation of nanocarbides and silicides," af Li fra Materials Research Laboratory (MRL). Han er en af de tre tilsvarende forfattere af papiret. De to andre tilsvarende forfattere er professor Chen Wen fra University of Massachusetts Amherst og professor A. John Hart fra Department of Mechanical Engineering ved Massachusetts Institute of Technology.
billede
Links til relaterede papirer:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S221486042300091X?via procent 3Dihub=
billede
△Sammendrag af papirbilleder
Artiklens medførste forfattere er postdocs Emre Tekoğlu og Alexander O'Brien fra MIT's Department of Nuclear Science and Engineering (NSE); Alexander D. O'Brien, en NSE-studerende; og Liu fra UMass Amherst. sund og rask. De andre forfattere er Baoming Wang, en DMSE postdoc ved MIT; Sina Kavak fra Istanbul Tekniske Universitet; MRL-forsker Yong Zhang; DMSE kandidatstuderende So Yeon Kim; NSE kandidatstuderende Wang Shitong; og Duygu Agaogullari fra Istanbul Tekniske Universitet. Denne forskning blev støttet af Eni SpA gennem MIT Energy Initiative, National Science Foundation og ARPA-E.
billede
△De første forfattere til forskningspapiret er (fra venstre mod højre): Jian Liu fra University of Massachusetts Amherst og Emre Tekoğlu og Alexander O'Brien fra Massachusetts Institute of Technology.
bedre ydeevne
Forskerholdets metode er baseret på Inconel 718-materiale, en populær "superlegering", der bruges i additive fremstillingsapplikationer, der skal modstå ekstreme forhold såsom 700 grader Celsius (ca. 1.300 grader Fahrenheit). Holdet skriver, at de malede kommercielt Inconel 718-pulver med en lille mængde keramiske nanofibre, hvilket resulterer i en ensartet belægning af nanokeramikken på overfladen af Inconel-partiklerne.
Det resulterende pulver bruges derefter til at fremstille dele ved laserpulverbedfusion. Forskerne fandt ud af, at dele lavet med det nye pulver havde betydeligt mindre porøsitet og revner end dele lavet med Inconel718 alene. Og dette fører til gengæld til stærkt øget styrke af delene, hvilket også giver mange andre fordele. For eksempel er de mere duktile eller strækbare og har bedre modstandsdygtighed over for stråling og høje temperaturbelastninger.
"Også selve styrkelsesprocessen er billig og fungerer sammen med eksisterende 3D-printere. Brug blot vores pulver, og du vil få bedre ydeevne," sagde Li.
Xu Song, en assisterende professor ved det kinesiske universitet i Hong Kong, som ikke var involveret i dette arbejde, kommenterede: "I dette papir foreslår forfatterne en ny metode til udskrivning af nikkel-baseret legering 718 metalmatrix-kompositter forstærket med keramiske nanofibre. lasersmelteproces inducerer In-situ-opløsningen af keramikken øger varmebestandigheden og styrken af Inconel718. Derudover reducerer in-situ-forstærkningen kornstørrelsen og eliminerer defekter. 3D-printning af fremtidige metallegeringer, herunder modifikation af høj -reflektivitet kobber og superlegeringen brudhæmning, alle kunne klart drage fordel af denne teknologi."
billede
△ Et forskerhold ved Massachusetts Institute of Technology rapporterer om en enkel og billig metode til at forberede vigtige forstærkningsmaterialer til rumfart og atomkraftproduktion. "Bæveren" og andre former på det trykte substrat på dette foto blev skabt ved hjælp af ny teknologi. Fotokredit: Alexander O'Brien
kæmpe nyt rum
Prof. Li sagde: "Dette arbejde kan åbne et enormt nyt rum for legeringsdesign, fordi ultratynde 3D-printede metallegeringslag kan afkøles meget hurtigere end bulkkomponenter fremstillet ved hjælp af konventionelle smeltestørkningsprocesser. Derfor er mange af de kemiske sammensætningsregler, som anvende til støbning synes ikke at gælde for denne form for 3D-print. Så vi har et meget større kompositorisk rum til at udforske at tilføje uædle metaller til keramik."
Emre Tekoğlu, en af hovedforfatterne af forskningspapiret, tilføjede: "Denne sammensætning er en af de første, vi har designet, så det er meget spændende at opnå disse resultater i det virkelige liv. Der er stadig meget plads til udforskning . Vi vil fortsætte med at udforske Den nye Inconel kompositformulering har endelig ført til udviklingen af materialer, der kan modstå mere ekstreme miljøer."
En anden hovedforfatter, Alexander O'Brien, konkluderer: "Den præcision og skalerbarhed, som 3D-print muliggør, åbner op for nye verdener af muligheder for materialedesign. Vores resultater her er et spændende tidligt skridt i en proces, der helt sikkert vil have en stor indflydelse på design af fremtidens nukleare, rumfarts- og al energiproduktion.
