Ett team av ingenjörer från Massachusetts Institute of Technology rapporterar om en enkel och billig metod för att förbereda keramiskt nanofiberförstärkt Inconel 718-material för användning i metalltillverkningsprocesser för PBF-tillsatser. Forskargruppen tror att deras metod för att stärka 3D-tryckta metallpulver med keramiska nanotrådar också skulle kunna användas för att förbättra många andra material. Nyckelmaterial för många viktiga applikationer inom flyg- och energiproduktion måste kunna motstå extrema förhållanden som hög temperatur och dragpåkänning utan fel. Därför har denna nya förstärkta superlegering utvecklad av MIT ett brett spektrum av tillämpningar inom krävande områden som flygplan.
"Att utveckla material som är mer lämpade för extrema miljöer är alltid ett akut behov för oss, och vi tror att detta tillvägagångssätt kommer att få konsekvenser för andra material i framtiden", säger Ju Li, Battelle Energy Alliance professor i kärnteknik och professor vid MIT:s avdelning för Materialvetenskap och teknik (DMSE). enorm potential."
Forskningen publicerades i 5 april-numret av Additive Manufacturing i en artikel med titeln "Strengthening additively made Inconel 718 through in-situ formation of nanocarbides and silicides," av Li från Materials Research Laboratory (MRL). Han är en av de tre motsvarande författarna till tidningen. De andra två motsvarande författarna är professor Chen Wen från University of Massachusetts Amherst och professor A. John Hart från institutionen för maskinteknik vid Massachusetts Institute of Technology.
bild
Länkar till relaterade artiklar:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S221486042300091X?via procent 3Dihub=
bild
△Sammanfattning av pappersbilder
Uppsatsens första författare är postdoktorerna Emre Tekoğlu och Alexander O'Brien från MIT:s institution för kärnvetenskap och teknik (NSE); Alexander D. O'Brien, en NSE-student; och Liu från UMass Amherst. friska. De andra författarna är Baoming Wang, en DMSE postdoc vid MIT; Sina Kavak från Istanbuls tekniska universitet; MRL-forskare Yong Zhang; DMSE doktorand So Yeon Kim; NSE doktorand Wang Shitong; och Duygu Agaogullari från Istanbuls tekniska universitet. Denna forskning stöddes av Eni SpA genom MIT Energy Initiative, National Science Foundation och ARPA-E.
bild
△De första författarna av forskningsartikeln är (från vänster till höger): Jian Liu från University of Massachusetts Amherst, och Emre Tekoğlu och Alexander O'Brien från Massachusetts Institute of Technology.
bättre prestanda
Forskargruppens metod är baserad på Inconel 718-material, en populär "superlegering" som används i additiv tillverkningsapplikationer som behöver tåla extrema förhållanden som 700 grader Celsius (cirka 1 300 grader Fahrenheit). Teamet skriver att de malde kommersiellt Inconel 718-pulver med en liten mängd keramiska nanofibrer, vilket resulterade i en enhetlig beläggning av nanokeramiken på ytan av Inconel-partiklarna.
Det resulterande pulvret används sedan för att tillverka delar genom laserpulverbäddfusion. Forskarna fann att delar gjorda med det nya pulvret hade betydligt mindre porositet och sprickor än delar gjorda med enbart Inconel718. Och detta leder i sin tur till kraftigt ökad hållfasthet hos delarna, vilket också erbjuder många andra fördelar. Till exempel är de mer formbara eller töjbara och har bättre motståndskraft mot strålning och höga temperaturer.
"Också, själva förstärkningsprocessen är billig och fungerar med befintliga 3D-skrivare. Använd bara vårt pulver så får du bättre prestanda," sa Li.
Xu Song, en biträdande professor vid det kinesiska universitetet i Hong Kong som inte var inblandad i detta arbete, kommenterade: "I denna artikel föreslår författarna en ny metod för att skriva ut nickelbaserade legeringar 718 metallmatriskompositer förstärkta med keramiska nanofibrer. lasersmältningsprocess inducerar Keramikens upplösning på plats förbättrar värmebeständigheten och styrkan hos Inconel718. Dessutom minskar in situ-förstärkningen kornstorleken och eliminerar defekter. 3D-utskrift av framtida metallegeringar, inklusive modifiering av hög -reflektiv koppar och superlegeringen frakturhämning, alla skulle helt klart kunna dra nytta av denna teknik."
bild
△En forskargrupp vid Massachusetts Institute of Technology rapporterar om en enkel och billig metod för att förbereda viktiga förstärkningsmaterial för flyg- och kärnkraftsproduktion. "Bävern" och andra former på det tryckta substratet i detta foto skapades med hjälp av ny teknik. Fotokredit: Alexander O'Brien
stort nytt utrymme
Prof. Li sa: "Detta arbete kan öppna upp ett enormt nytt utrymme för legeringsdesign, eftersom ultratunna 3D-tryckta metallegeringsskikt kan kylas mycket snabbare än bulkkomponenter tillverkade med konventionella smältstelningsprocesser. Därför är många av de kemiska sammansättningsreglerna som applicera på gjutning verkar inte gälla för den här typen av 3D-utskrift. Så vi har ett mycket större sammansättningsutrymme för att utforska att lägga till basmetaller till keramik."
Emre Tekoğlu, en av huvudförfattarna till forskningsartikeln, tillade: "Denna komposition är en av de första som vi har designat, så det är väldigt spännande att uppnå dessa resultat i verkligheten. Det finns fortfarande mycket utrymme för utforskning . Vi kommer att fortsätta utforska Inconels nya kompositformulering har äntligen lett till utvecklingen av material som tål mer extrema miljöer."
En annan huvudförfattare, Alexander O'Brien, avslutar: "Precisionen och skalbarheten som möjliggörs av 3D-utskrift öppnar upp nya världar av möjligheter för materialdesign. Våra resultat här är ett spännande tidigt steg i en process som säkerligen kommer att ha en stor inverkan på utformning av framtida kärnkraft, flyg och all energiproduktion.
