Naukowcy z Uniwersytetu Massachusetts Amherst i Georgia Institute of Technology opracowali metodę wytwarzania przyrostowego nowego, dwufazowego stopu metali o wysokiej entropii i zoptymalizowanej nanostrukturze. W rezultacie otrzymano wytrzymały, a jednocześnie ciągliwy stop, o właściwościach przewyższających dostępne obecnie materiały dla druku przestrzennego.
Technologie addytywne wykorzystujące energię laserową dysponują dużym potencjałem w dziedzinie rozwoju innowacyjnych kompozycji materiałowych. Dzięki precyzyjnej kontroli wiązki lasera, wysokim gradientom temperatury i szybkości stygnięcia, umożliwiają one otrzymanie efektów wykraczających poza możliwości konwencjonalnych procesów produkcyjnych. Z kolei stopy o wysokiej entropii HEA (high entropy alloys) oferują niemal nieograniczone możliwości w zakresie formułowania kompozycji stopowych, które cechują się się dobrymi właściwościami mechanicznymi, również w wysokich temperaturach. Jak dotąd jednak, jak wyjaśnia prof. Ting Zhu z Georgia Tech, potencjał wynikający z połączenia przyrostowego i HEA na potrzeby inżynierii materiałowej nie został w pełni odkryty.
W badaniach zespołu pod kierownictwem prof. Wen Chen’a w Multiscale Materials and Manufacturing Laboratory na Umass zastosowano doświadczenia z technologią LPBDF (laser powder bed fusion) i stopami HEA. Uzyskano materiał o budowie sieciowej, złożonej z naprzemiennych warstw o regularnej strukturze krystalograficznej typu BCC (centrowanej przestrzennie) i FCC (centrowanej ściennie) w otoczeniu mieszaniny eutektycznej. Taki zhierarchizowany układ nanostruktury HEA umożliwia skoordynowaną deformację materiału w zakresie obu faz.
Jak przekonuje prof. Chen, niestandardowy układ mikrostruktury atomowej zapewnia zarówno wysoką wytrzymałość, jak i ciągliwość, co jest nietypowe, gdyż zazwyczaj najtrwalsze materiały są kruche. Otrzymana kompozycja stopowa jest trzykrotnie wytrzymalsza od konwencjonalnych stopów odlewniczych, a przy tym jest bardziej ciągliwa.
Zdaniem Jie Ren’a z Umass, możliwość produkcji przyrostowej wytrzymałych i ciągliwych stopów ma duże znaczenie dla budowy lekkich struktur nośnych o zwiększonej efektywności mechanicznej i oszczędności energii. Opracowana technologia może znaleźć zastosowanie w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, w branży transportowej i biomedycznej.
umass.edu
