26 lutego 2024

 

Zmęczenie materiału odpowiada za dużą część awarii maszyn i urządzeń wykonanych z metalu. Problem dotyczy także metalowych komponentów produkowanych metodami wytwarzania przyrostowego. Tymczasem naukowcy z uniwersytetów CityU w Hongkongu i Jiao Tong w Szanghaju opracowali technologię druku przestrzennego nowego stopu aluminium o niespotykanej wytrzymałości zmęczeniowej.

Zastosowano proszek AlSi10Mg, którego drobiny pokryto nanometryczną warstwą TiB2. Tak przygotowany surowiec posłużył do druku 3D próbek metodą LPBF (laser powder bed fusion). Jak wykazały badania mikrotomografią rentgenowską, wewnątrz stopu doszło do formacji dwufazowych, przestrzennych nanostruktur komórkowych o rozmiarach rzędu 500 nm, pełniących rolę rusztowania, powstrzymującego rozrost defektów struktury stopu i zapobiegających propagacji pękania zmęczeniowego.

Nowy stop aluminium o zwiększonej wytrzymałości zmęczeniowej

Mikrostruktura stopu: a) analiza wyników μ-CT ilustrująca rozkład rozmiarów i występowania defektów; b) morfologia ziaren; c) dwufazowe przestrzenne nanostruktury wzmacniające; d) analogiczna stuktura wykrytwa tomografem BSE/FIB; e) obraz z TEM; f,g) po wyodrębnieniu poszczególnych składników stopowych zidentyfikowano krzem jako budulec dwufazowej struktury wzmacniającej (rys. C. Dan; źródło: doi.org/10.1038/s41563-023-01651-9)

Przeprowadzone badania wskazują, że nowa kompozycja stopowa jest ponad dwukrotnie odporniejsza na pękanie zmęczeniowe od stopów aluminium dotychczas stosowanych w druku 3D i przewyższa także stopy kutego aluminium. Nowy stop sprawdzi się w konstrukcjach wymagających niskiej masy i dużej wytrzymałości zmęczeniowej. Jak uważa prof. Lu Jian, prezentowane rozwiązanie może posłużyć za podstawę do opracowania analogicznych kompozycji stopów innych metali, a tym samym do udoskonalenia technologii wytwarzania przyrostowego i popularyzacji jej zastosowań w przemyśle.

cityu.edu.hk