Kiedy myślisztytan, możesz pomyśleć o jego powszechnym zastosowaniu w przemyśle lotniczym i implantach medycznych – w końcu metal ten charakteryzuje się wyjątkowo wysokim stosunkiem-do-wagi, doskonałą odpornością na korozję i biokompatybilnością, co czyni go prawdziwym--wszystkim-branżami” w świecie metali. Jednakże przez długi czas tytan borykał się z „szczęśliwym problemem”: wytrzymałość bezwzględna czystego tytanu jest zbyt niska, aby spełnić-wysokie wymagania wytrzymałościowe; dodanie go do stopu pierwiastkami takimi jak Al i V poprawia jego wytrzymałość, ale także pogarsza jego odporność na korozję i biokompatybilność oraz stwarza wyzwania w zakresie recyklingu pierwiastków stopowych i potencjalnego wyczerpywania się zasobów.
Niedawno badanie opublikowane w *Materials Research Letters* dało nową nadzieję na rozwiązanie tego wyzwania. Zespołowi badawczemu z Politechniki Duńskiej i laboratorium w Suzhou udało się wyprodukować heterogeniczną, warstwową płytę z czystego tytanu przypominającą-kanapkę, dzięki innowacyjnemu połączeniu technologii wytwarzania przyrostowego poprzez stapianie laserowego łoża proszkowego (LPBF) z tradycyjną produkcją. Ta płyta tytanowa nie tylko osiągnęła granicę plastyczności 439 MPa i wytrzymałość na rozciąganie 596 MPa, ale także charakteryzowała się wyjątkowo wysokim równomiernym wydłużeniem wynoszącym 27%, przełamując tradycyjne przekonanie, że materiały tytanowe nie mogą jednocześnie posiadać wysokiej wytrzymałości i plastyczności.
Podstawowa innowacja: w jaki sposób uzyskuje się strukturę „kanapkową” przy użyciu technologii LPBF? Aby zrozumieć przełom w wydajności tej tytanowej płyty, należy najpierw zrozumieć jej „specjalną strukturę”. Zespół badawczy przyjął podejście złożone obejmujące „tradycyjne podłoże + warstwę wytwarzaną addytywnie”, przy czym konkretne etapy stanowią świadectwo „inżynierii precyzyjnej”:
1. „Staranny dobór” surowców: Podłoże: Wybrano tradycyjnie produkowaną płytę z czystego tytanu Gr2 o grubości 2 mm i wewnętrznej strukturze równoosiowych ziaren o średniej średnicy 22,4 µm – taka struktura zapewnia podłożu dobrą ciągliwość, ale niską wytrzymałość. Proszek drukarski: Również czysty proszek tytanowy Gr2, o kontrolowanej wielkości cząstek w zakresie od 5 ~ 40 μm do średniej wielkości cząstek 25,8 μm, przygotowany przez atomizację gazową w celu zapewnienia jednorodności i sypkości proszku.
2. Zespół badawczy stosujący technikę LPBF (Laser Powder Bed Fusion) „układanie warstw-po-warstwie” nie wydrukował bezpośrednio całej płyty tytanowej. Zamiast tego wykorzystali tradycyjne podłoże jako „warstwę pośrednią”, drukując 25 warstw materiału tytanowego po każdej stronie podłoża przy użyciu technologii LPBF (każda warstwa o grubości 40 μm, a całkowita grubość nadruku około 1 mm). Podczas procesu drukowania moc lasera ustawiono na 280 W, prędkość skanowania na 1200 mm/s i specjalnie zastosowano „naprzemienną ścieżkę szachownicy”, przy czym kierunek skanowania obrócono o 67 stopni dla każdej warstwy.-Dokładna kontrola tych parametrów położyła podwaliny pod późniejszą mikrostrukturę gradientową. Powstała płyta tytanowa przypomina „metalową kanapkę”: miękkie, tradycyjne podłoże tytanowe pośrodku, z twardymi warstwami wytwarzanymi addytywnie po obu stronach i bez wyraźnych przerw między podłożem a drukowanymi warstwami,-ponieważ podczas drukowania pierwszej warstwy powierzchnia podłoża jest topiona za pomocą lasera, tworząc „wiązanie metalurgiczne”, całkowicie unikając problemu słabej granicy faz występującego w przypadku tradycyjnych materiałów warstwowych. Cud wydajności: „mikroskopijny kod” kryjący się za równomiernym wydłużeniem o 27%. Dlaczego dzięki tej „kanapkowej” strukturze płyta tytanowa może mieć zarówno wysoką wytrzymałość, jak i wysoką plastyczność? Odpowiedź leży w jego mikrostrukturze i mechanizmie deformacji.
Podsumowując, od dylematu „wytrzymałość i plastyczność wzajemnie się wykluczają” do przełomu w postaci osiągnięcia „27% równomiernego wydłużenia + 596 wytrzymałości na rozciąganie MPa”, badania te, poprzez genialne zaprojektowanie struktury „kanapkowej” i precyzję technologii LPBF, otworzyły nowe okno dla rozwoju materiałów tytanowych. Być może w niedalekiej przyszłości ten nowatorski, „miękki i twardy” materiał tytanowy będzie stosowany w bardziej-wysokiej klasy sprzęcie.
Baoji Reliab Metal Materials Co., Ltd
Telefon komórkowy: 0086 13092900605
Dział sprzedaży 1: WhatsApp +8613092900605 (Pan Gary)
Dział sprzedaży 2: +8613092913521(Pani Zofia)
Adres: nr 35 Baoti Rd, dystrykt Weibin, Baoji, Chiny
