3D打印超級合金在極端條件下的穩(wěn)定性

打印派   2024-09-03 14:58:48

理解設(shè)計用于極端環(huán)境的材料的可靠性對于各種高風(fēng)險應(yīng)用至關(guān)重要。阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校(UAB)領(lǐng)導(dǎo)的一項最新研究發(fā)表在《科學(xué)報告》上,揭示了3D打印超級合金在極端條件下的行為。該研究利用高分辨率成像和計算機(jī)模擬,為這些材料在高壓下的穩(wěn)定性和性能提供了新的見解。

研究人員研究3D打印超級合金在極端條件下的穩(wěn)定性

3D打印超級合金在極端條件下的穩(wěn)定性

背散射掃描電子顯微鏡圖像(圖片來源:《科學(xué)報告》(2024)。DOI: 10.1038/s41598-024-67422-x)

在極端環(huán)境材料方面的知識進(jìn)步

阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校物理系教授兼藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院研究與創(chuàng)新副院長Yogesh Vohra博士領(lǐng)導(dǎo)了極端條件下增材制造復(fù)雜系統(tǒng)中心(CAMCSE)。該中心致力于開發(fā)能夠承受極端壓力、溫度和高速沖擊的材料。這些努力對于推動航空航天、發(fā)電和核能等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步至關(guān)重要。

該研究采用聚焦離子束技術(shù)提取了3D打印合金的壓縮樣品,每個樣品僅有幾納米厚。電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn),合金的納米層結(jié)構(gòu)在極端壓力暴露后仍然保持完整,證實(shí)了相變的不可逆性。這一發(fā)現(xiàn)意義重大,因為它證明了該材料在通常挑戰(zhàn)傳統(tǒng)材料穩(wěn)定性的條件下保持結(jié)構(gòu)完整性的能力。

Vohra博士強(qiáng)調(diào)了了解導(dǎo)致3D打印合金高強(qiáng)度和延展性的基本結(jié)構(gòu)機(jī)制的重要性?!疤貏e是,晶體結(jié)構(gòu)在高壓下的變化如何影響3D打印合金的機(jī)械性能,”Vohra解釋說。該研究的電子顯微鏡觀察處于前沿地位,因為它們證實(shí)了納米結(jié)構(gòu)層在極端壓力作用下保持穩(wěn)定,化學(xué)成分沒有變化。

對高風(fēng)險應(yīng)用的影響

這項研究對增材制造材料在極端環(huán)境條件下的設(shè)計和應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的影響。這些發(fā)現(xiàn)可能推動航空航天和發(fā)電廠應(yīng)用的材料開發(fā),這些應(yīng)用中的高溫和高壓是常態(tài)。此外,這些3D打印合金在超高速沖擊和高輻射環(huán)境(如核反應(yīng)堆中)下的穩(wěn)定性表明,它們有潛力用于建造能夠承受惡劣條件的堅固結(jié)構(gòu)。

Vohra強(qiáng)調(diào)了這項研究的合作性質(zhì),指出該研究“代表了四所不同學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)在極端條件下3D打印超級合金方面的集體專長?!边@種跨學(xué)科的方法不僅推動了高壓引起的晶體結(jié)構(gòu)變化的理解,還為UAB的研究生提供了寶貴的培訓(xùn)機(jī)會。

在材料科學(xué)領(lǐng)域樹立新標(biāo)桿

由UAB和CAMCSE團(tuán)隊領(lǐng)導(dǎo)的研究強(qiáng)調(diào)了跨科學(xué)和工程學(xué)科合作的重要性。通過研究3D打印超級合金在極端條件下的行為,該研究為高壓環(huán)境下材料的性能設(shè)定了新的標(biāo)桿。從這項研究中獲得的見解有望影響未來材料的設(shè)計和開發(fā),為依賴材料在極端條件下穩(wěn)定性和耐久性的行業(yè)鋪平創(chuàng)新之路。


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