现场纳米级异构工程用于动态自适应合金的增材制造

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 机械工程 机械工程
• 纳米技术纳米技术

背景情况:

• 金属合金的增材制造 (AM) 面临着由于快速化固化周期而实现一致的微观结构和机械性能的挑战.
• 传统的AM方法面临着高成本,有限的适应性和脆性阶段的困难,特别是在像- (NiTi) 这样的敏感合金中.
• 现有的技术往往会在苛刻的应用中损害承载能力和结构精度.

研究的目的:

• 引入一个in situ纳米级异构工程 (INSHE) 策略,以提高增材制造金属合金的机械和功能性质.
• 解决AM工艺中固有的权衡问题,特别是对于高能输入敏感合金.
• 开发一种方法,精确地,自下而上调节非平衡微观结构.

主要方法:

• 利用高能激光粉床融合 (L-PBF) 来创建具有格子匹配接口的均分布的多纳米沉集.
• 通过控制在L-PBF条件下的热力学稳定性,实现INSHE通过控制多沉种子和超细异构.
• 将INSHE应用到一个NiTi形状记忆合金中,将碳化 (B4C) 结合起来,形成一个纳米工程B2-TiB2-TiC相异构结构.

主要成果:

• 基于INSHE的NiTi形状记忆合金 (SMA) 实现了超高的强度 (高达2.15GPa) 和显著增加的硬度 (超过原始SMA的两倍).
• 工程 SMA 机械元材料 (SMMM) 显示出优异的应变回收,耐久性和特定能量吸收 (高达 25 J g-1),超过了传统材料.
• INSHE提高了内部质量,复杂几何形状的精度和可打印性,同时提高了缓冲能力和执行效率.

结论:

• INSHE是一种转型战略,用于在增材制造的合金中实现定制的多功能特性.
• 纳米工程异构结构使协同变形机制成为可能,增强弹性并防止像无形化这样的故障模式.
• 这种方法为在先进应用中具有优越的结构和功能性能的动态适应性材料打开了新的可能性.