„Mjúk og hörð samsetning“ hönnun á hreinum títanplötum setur nýtt met í vélrænum eiginleikum - Fréttir

Þegar þú hugsar umtítan, þú gætir hugsað um víðtæka notkun þess í geim- og lækningaígræðslum - þegar allt kemur til alls státar þessi málmur af einstaklega háu-til-þyngdarhlutfalli, framúrskarandi tæringarþoli og lífsamhæfni, sem gerir hann að sannkallaðri "tjakk-alls-viðskipta" í heimi málma. Hins vegar hefur títan í langan tíma staðið frammi fyrir „hamingjulegu vandamáli“: alger styrkur hreins títan er of lágur til að uppfylla miklar-styrkleikakröfur; á sama tíma og það að blanda það með þáttum eins og Al og V bætir styrkleika þess, rýrir það einnig tæringarþol þess og lífsamrýmanleika, og býður upp á áskoranir í endurvinnslu málmblöndunnar og hugsanlega eyðingu auðlinda.

Nýlega hefur rannsókn sem birt var í *Materials Research Letters* gefið nýja von um að leysa þessa áskorun. Rannsóknarteymi frá Tækniháskólanum í Danmörku og Suzhou Laboratory framleiddi með góðum árangri „samloku-líka“ misleita lagskiptu hreinu títanplötu með nýstárlegri samsetningu leysirduftsbræðslu (LPBF) aukefnaframleiðslutækni og hefðbundinnar framleiðslu. Þessi títanplata náði ekki aðeins 439 MPa flæðistyrk og togstyrk upp á 596 MPa, heldur hafði hún einnig einstaklega mikla samræmda lengingu upp á 27%, sem braut hefðbundinn skilning á því að títanefni geta ekki samtímis haft bæði mikinn styrk og sveigjanleika.

Kjarnanýsköpun: Hvernig er "samloku" uppbyggingunni náð með LPBF tækni? Til að skilja frammistöðubylting þessa títanplötu verður maður fyrst að skilja „sérstaka uppbyggingu“ hennar. Rannsóknarteymið tók upp samsetta nálgun „hefðbundins hvarfefnis + aukframleitt lag,“ þar sem sérstök skref eru til vitnis um „nákvæmniverkfræði“:
1. "Varlega val" á hráefnum: Undirlag: Valin var hefðbundin Gr2 hreint títanplata, með þykkt 2mm og innri uppbyggingu jafnása korna með meðalþvermál 22,4μm – þessi uppbygging gefur undirlaginu góða sveigjanleika en lítinn styrk. Prentduft: Einnig Gr2 hreint títanduft, með kornastærð sem er stjórnað á milli 5 ~ 40μm og meðalagnastærð 25,8μm, undirbúið með gasúðun til að tryggja einsleitni og flæði duftsins.

2. Rannsóknarteymið sem notaði LPBF (Laser Powder Bed Fusion) „lag-} fyrir-lagsstöflun“ tækni prentaði ekki beint heila títanplötu. Þess í stað notuðu þeir hefðbundið undirlag sem "millilag" og prentuðu 25 lög af títanefni á hvorri hlið undirlagsins með LPBF tækni (hvert lag 40μm þykkt, með heildarprentuðu þykkt um það bil 1 mm). Í prentunarferlinu var leysiraflið stillt á 280W, skönnunarhraðinn á 1200mm/s og „stöfuð skákborðsleið“ var sérstaklega notuð, þar sem skönnunarstefnunni var snúið um 67 gráður fyrir hvert lag-nákvæm stjórn þessara breytu lagði grunninn að síðari halla örbyggingu. Títanplatan sem myndast líkist "málmsamloku": mjúkt hefðbundið títanundirlag í miðjunni, með hörðum lögum sem eru framleidd með aukefnum á báðum hliðum, og engin augljós bil á milli undirlagsins og prentuðu laganna-vegna þess að við prentun fyrsta lagsins bráðnar undirlagsyfirborðið af leysinum og myndar algjörlega hefðbundið viðmótsvandamál sem tengist við," efni. Frammistöðukraftaverkið: „smásjárkóði“ á bak við 27% samræmda lengingu. Af hverju getur þessi „samloka“ uppbygging leyft títanplötunni að hafa bæði mikinn styrk og mikla sveigjanleika? Svarið liggur í örbyggingu þess og aflögunarkerfi.

Að lokum, allt frá því vandamáli að „styrkur og sveigjanleiki útilokar hvorn annan“ til byltingarinnar að ná „27% einsleitri lenging + 596 MPa togstyrk,“ hefur þessi rannsókn, í gegnum hugvitssamlega hönnun „samloku“ uppbyggingu og nákvæmni LPBF tækni, opnað nýjan glugga fyrir þróun títanefna. Kannski í náinni framtíð munum við sjá þetta nýja „mjúka og harða“ títanefni verða notað í hágæða búnaði.

Titanium Medical Rod titanium bars