Un de 60 mil·límetres de llargaliatge de titaniMostra de prova de tracció: no forjada, sinó impresa amb làser capa per capa. Els resultats de les proves van mostrar una resistència a la fluència de 1.501 MPa, una resistència a la tracció de 1.726 MPa i un allargament uniforme del 7,5%. En canvi, el Ti-6Al-4V, un aliatge de titani utilitzat habitualment en aplicacions aeroespacials i imprès amb el mateix procés, només va aconseguir al voltant del 60 per cent d'aquesta resistència a la tracció. Aquestes troballes es van publicar a *Nature Materials* per l'equip dirigit per Jian Lu a la City University of Hong Kong.
Els nanometalls són molt forts, però no es poden convertir en components grans. Hi ha un principi ben establert en la ciència dels materials: com més fi és la mida del gra, més dur és el metall. Tanmateix, anteriorment, les nanoestructures només es podien produir mitjançant processos com el recobriment o la deformació severa, donant lloc a pel·lícules primes o mostres petites, no prou fortes per suportar peces d'avions. 3La impressió D implica, naturalment, un refredament ràpid: la piscina de fusió es refreda a una velocitat d'entre 100.000 i 10 milions de graus centígrads per segon, la qual cosa la fa ideal per a nanoestructures lliures per segon. en grans blocs metàl·lics. El problema és que hi ha desenes de milers de combinacions possibles de proporcions d'elements i paràmetres làser: provar-los un per un trigaria una eternitat.
A més, el crom presenta una mica de dilema: tot i que pot estabilitzar les fases d'alta temperatura del titani i serveix com a agent d'enfortiment fàcilment disponible, tendeix a segregar i aglomerar-se en els processos de fosa tradicionals, de manera que ningú no ha dominat mai completament el seu ús en titani. 3La impressió D passa per alt aquest procés de fosa eficaç.
L'enfocament de l'equip va consistir en dos passos. Primer, van utilitzar un llit de pols làser per produir petites mostres de prova amb 118 combinacions diferents de relacions Ti-Al-Cr, nivells de potència i velocitats d'escaneig. A continuació, es van sotmetre a proves de tracció estandarditzades per compilar un conjunt de dades net. A continuació, van entrenar un model XGBoost en aquest conjunt de dades: l'error de predicció de la força era inferior a 50 megapascals i la majoria dels valors predits es trobaven dins del ± 5% dels valors mesurats. Aleshores, es va indicar al model que classificava el 5% superior de les 38.052 combinacions virtuals, i només es va validar aquest petit subconjunt, que és com es va identificar la formulació òptima, Ti-7.5Al-3.3Cr. El model també va identificar convenientment el factor contribuint clau: el contingut de crom va ser la variable amb més impacte en la força.
La microestructura impresa s'assembla a un conjunt de nines matrioshka: el 99,1% de l'aliatge és martensita, amb làmines d'aproximadament 75 nanòmetres de gruix; A l'interior d'aquestes làmines hi ha "nanobandes apilades" de menys de 10 nanòmetres de gruix: els cristalls formen una estructura semblant a un mil-fouille, amb tres patrons d'apilament (AB, BC i CA) que s'alternen en un període intercapa d'uns 6 nanòmetres. Aquesta estructura de mil fulles és la "signatura" del refredament ràpid.
L'equip va tornar a escalfar l'aliatge a 1.000 graus i va comparar diferents mètodes de refrigeració: refrigeració del forn, refrigeració per aire i extinció d'aigua no van poder restaurar l'estructura original. Només el mètode d'impressió, amb una velocitat de refrigeració superior a 100.000 graus per segon, podria congelar l'estructura en capes en la seva forma original. Durant la deformació, les dislocacions, els defectes lineals dels metalls responsables del lliscament, es tallen en segments de menys de 10 nanòmetres de llarg quan es troben amb les nanostrips, cosa que fa que sigui gairebé impossible que avancen. Les simulacions de dinàmica molecular van capturar els detalls: per creuar la interfície d'apilament, les dislocacions primer s'han de dividir en dues meitats, un procés que requereix energia addicional. Com a resultat, el material és dur i capaç d'endurir-se de manera sostinguda: la taxa màxima d'enduriment per treball arriba als 6,5 gigapascals i es manté ininterrompuda i sense coll fins i tot quan s'estira fins al 7,5% de tensió.
Més dúctil? Augmentar el contingut de crom de 3,3 a 5 augmenta l'allargament al 12,4% i la resistència a 1.555 MPa; augmentar-lo a 7,5 produeix un allargament del 15,9% i una resistència de 1.449 MPa, una compensació ajustable entre força i ductilitat. Convertit a una resistència específica de 380 MPa·cm³ per gram, supera l'acer imprès, els aliatges d'alumini, els aliatges de níquel i els aliatges d'alta entropia.
Correu electrònic:garychen3215@hotmail.com
Adreça: No.35, Baoti Rd, ciutat de Baoji, província de Shaanxi, Xina
Contacte: Sr. Gary Chen
Telèfon: +86-917-8883215
Mòbil/WhatsApp: +86 13092900605
