Innowacyjne kompozycje stopowe HEA (high-entropy alloys) różnią się od tradycyjnych stopów, opartych na jednym metalu głównym, do którego wprowadza się domieszki innych pierwiastków. W skład stopów o wysokiej entropii wchodzi kilka metali w identycznych proporcjach. Jako że różne metale różnią się gęstością, temperaturą topnienia i innymi parametrami, uzyskanie jednorodnej struktury wieloskładnikowych stopów HEA nie jest łatwym zadaniem i trudno ją osiągnąć konwencjonalnymi metodami odlewniczymi.
Dużym zainteresowaniem pod kątem otrzymywania stopów wysokiej entropii cieszy się wytwarzanie przyrostowe LPBF (laser powder bed fusion). Precyzyjnie przygotowana kompozycja surowca w łożu proszkowym umożliwia równomierny rozkład pierwiastków stopowych. Jednak typowe parametry druku 3D nie pozwalają na uzyskanie odpowiedniego dla stopów HEA wymieszania pierwiastków w strukturze wydruku.
Badacze z NIST (National Institute of Standards and Technology) opracowali algorytm wyznaczający optymalny przebieg ruchu głowicy laserowej, który dzięki eliptycznym ścieżkom lasera zapewnia głębokie wymieszanie pierwiastków stopowych w strukturze wydruku.
Potencjału rozwiązania dowiedziono na przykładzie połączenia w obrębie jednego wydruku dwóch wyjątkowo trudnych technologicznie kompozycji stopowych – stopu HEA o dużej gęstości RHEA-19 i lekkiego stopu tytanu Ti-6Al-4V. Przetop warstwowo ułożonych materiałów badano in situ w czasie rzeczywistym przy użyciu dyfrakcji rentgenowskiej i zweryfikowano w ramach obserwacji gotowego wydruku mikroskopem elektronowym. Zaobserwowano, że indukowane laserem mieszanie pierwiastków prowadzi do formacji struktury wydruku, opartej na sieci kubicznej centrowanej przestrzennie.
Możliwość laserowo indukowanego mieszania pierwiastków stopowych w ramach technologii LPBF stanowi duży krok na drodze ku wdrożeniu innowacyjnych kompozycji stopowych, np. HEA w praktyce produkcyjnej.
nist.gov
