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美國橡樹嶺開發出航天級耐熱鉬合金3D打印粉體

首頁    行業資訊    美國橡樹嶺開發出航天級耐熱鉬合金3D打印粉體

信息來源于粉體圈

 

       近日,美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)開發出一種被稱為“Mighty Mo”(超強鉬)的耐熱鉬合金配方,可配合電子束熔化(EBM)3D打印,這種合金能承受極端溫度,甚至能夠滿足航空航天應用的苛刻要求。

 據介紹,這種超強鉬由鉬和碳化鈦(TiC)粉末混合組成,它克服了這類合金通常的脆性和易氧化性。經過(EMD)打印,該金屬基復合材料就會產生致密,無裂紋的可承受極端溫度的零件。ORNL的Mike Kirka說:“我們的結果表明,用機械合金化的金屬基復合材料粉末制造是可行的。”“由熔融粉末形成的結構可以承受高溫,這表明鉬及其合金可以用于航空航天和能量轉換應用。”

       作為一種難熔金屬,鉬具有多種特性,使其成為在超溫度敏感區域內部署的極具吸引力的選擇。該合金的特點是熔點升高至2622℃,并且熱膨脹系數,導熱性和耐腐蝕性較低,但在某些溫度下其韌性也很差。另外,鉬對加工過程中的氮和氧污染極為敏感,這會導致其晶界偏析,導致零件開裂。在該領域已經進行的有限研究中,科學家將金屬與其他材料混合,試圖更好地控制其重結晶和晶粒尺寸,但收效甚微。

       早在2017年,奧地利粉末生產商Plansee Group的研究人員就設法使用模擬數據來量化鉬的粒度如何對其SLM打印敏感性作出貢獻,但并未徹底解決該問題。相比之下,ORNL團隊現在發現,通過向合金中添加TiC顆粒并轉換為EBM,可以制造出具有更高水平的堅固性和剛性的微結構。

 

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為了配制材料,科學家將Mo和TiC粉末以60:40的比例混合在一個刻度量筒中,該量筒充滿了氬氣以防止氧化。然后,使用行星式球磨機將所得的金屬基質復合材料機械合金化8小時,直到可以進行3D打印為止。為了處理他們的新粉末,ORNL團隊開發了定制的ArcamS12 EBM3D打印機,其特征是改進的構建腔,該構建腔由活塞,進料器,耙子和工作臺粉末床輸送系統組成。該機器的升級有效地優化了其小批量生產,同時實現了高級過程監控和輔助物料進料。

       利用他們的機器,研究人員選擇了3D打印六塊尺寸為12毫米(D)x13毫米(H)的零件,它們具有類似三明治的結構,其中包含一層包裹在兩層純鉬之間的強鉬。有趣的是,SEM成像顯示,純樣品均未出現任何開裂,但由于粉末散布,它們的確存在一些表面不一致性。后來,研究小組進行了熱力學建模,這也表明該過程對成分和溫度的變化仍然極為敏感。結果,ORNL的科學家推測,嚴格管理工藝輸入將是使用鉬制造未來微結構的關鍵,而不會導致加工過程中零件層的一致性或溫度梯度發生變化。

       最終,研究人員還得出結論,他們證明了3D打印純無裂紋鉬的可行性,并且通過完善的參數設置,該合金可以在航空航天或能量轉換領域,例如傳熱組件等領域找到新的應用。

 

2021年5月11日 12:06
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