Исследователи разработали новый суперсплав, напечатанный на 3D-принтере, который генерирует больше электроэнергии с меньшим количеством углерода

Исследователи Sandia National Laboratories в сотрудничестве с Национальной лабораторией Эймса, национальной лабораторией Министерства энергетики США, и Bruker Corp., американским производителем научных инструментов для молекулярных исследований и исследований материалов, разработали 3D-печатный суперсплав с использованием лазерной технологии формирования сетки (LENS). машины. Этот новый суперсплав, напечатанный на 3D-принтере, может генерировать больше электроэнергии, выделяя при этом меньше углерода.

Сплав имел сложную структуру, обеспечивающую нечувствительную к температуре высокую твердость до 800 °C.

«Мы показываем, что этот материал может обеспечить ранее недостижимое сочетание высокой прочности, малого веса и устойчивости к высоким температурам. Мы считаем, что отчасти мы добились этого благодаря подходу аддитивного производства».

Оглавление

Исследователи создали суперсплав, напечатанный на 3D-принтере, с необычным составом, который делает его прочнее и легче, чем современные материалы, используемые в газотурбинном оборудовании. Результаты могут иметь далеко идущие последствия в энергетической, аэрокосмической и автомобильной промышленности, а также намекают на новый класс подобных сплавов, которые еще предстоит открыть.

Полученные данные указывают на ранее неизвестный класс сплавов, имеющий широкое применение в энергетике, аэрокосмической и автомобильной промышленности.

Состав нового суперсплава: 42% алюминия, 25% титана, 13% ниобия, 8% циркония, 8% молибдена и 4% тантала. Эксперименты, проведенные командой, показали, что он был прочнее при температуре 800 градусов по Цельсию (1472 градуса по Фаренгейту), чем другие суперсплавы, и что он оставался прочнее даже после охлаждения до комнатной температуры.

Результаты могут принести пользу не только энергетике, но и другим отраслям. Исследователи аэрокосмической отрасли ищут легкие материалы, способные выдерживать высокие температуры. Кроме того, ученый из лаборатории Эймса Ник Аргибай заявил, что Эймс и Сандиа сотрудничают с промышленностью, чтобы исследовать, как подобные сплавы могут быть использованы в автомобильной промышленности.

«Теория электронной структуры, возглавляемая Лабораторией Эймса, смогла обеспечить понимание атомного происхождения этих полезных свойств, и сейчас мы находимся в процессе оптимизации этого нового класса сплавов для решения проблем производства и масштабируемости».

Открытия могут быть полезны не только в энергетическом секторе, поскольку легкие материалы, сохраняющие прочность при экстремальных температурах, также востребованы экспертами в области аэрокосмической промышленности. Эймс и Сандиа также работают с предприятиями над изучением того, как эти сплавы могут быть использованы в автомобильной промышленности.

Новое исследование демонстрирует, как 3D-печать можно использовать для быстрого и эффективного создания новых материалов. Члены команды Sandia использовали 3D-принтер, чтобы быстро сплавить металлические порошки и создать образец.

Поскольку ни один из металлов не составляет более половины материала, изобретение Сандиа представляет собой фундаментальный сдвиг в способах создания сплавов. С другой стороны, сталь в основном состоит из железа, почти на 98% состоящего из железа, смешанного с углеродом и другими материалами.

В настоящее время команда изучает, могут ли передовые подходы к компьютерному моделированию помочь в открытии новых представителей нового класса суперсплавов, пригодных для аддитивного производства.

В дальнейшем исследователи хотят посмотреть, смогут ли передовые методы компьютерного моделирования помочь им найти больше представителей того, что может стать новым классом высокопроизводительных суперсплавов, ориентированных на аддитивное производство.

Эндрю Кустас подчеркнул, что впереди нас ждут вызовы. Во-первых, может быть сложно производить большие количества нового суперсплава, напечатанного на 3D-принтере, без микроскопических трещин, что является распространенной проблемой в аддитивном производстве. Он также заявил, что материалы, используемые для изготовления сплава, являются дорогостоящими. В результате сплав может оказаться непригодным для производства потребительских товаров, где стоимость является первоочередным вопросом.

Финансирование исследования предоставили Министерство энергетики и программа исследований и разработок под руководством лабораторий Sandia.