Keď myslíštitán, možno si spomeniete na jeho rozšírené aplikácie v kozmonautike a lekárskych implantátoch – napokon, tento kov sa môže pochváliť výnimočne vysokým pomerom pevnosti-k{1}}hmotnosti, vynikajúcou odolnosťou proti korózii a biokompatibilitou, vďaka čomu je skutočným --všetkým-obchodom vo svete kovov. Po dlhú dobu však titán čelil „šťastnému problému“: absolútna pevnosť čistého titánu je príliš nízka na to, aby splnila vysoké-požiadavky na pevnosť; zatiaľ čo jeho legovanie prvkami ako Al a V zlepšuje jeho pevnosť, tiež zhoršuje jeho odolnosť proti korózii a biokompatibilitu a predstavuje výzvy pri recyklácii legujúcich prvkov a potenciálne vyčerpanie zdrojov.
Štúdia publikovaná v *Materials Research Letters* nedávno ponúkla novú nádej na vyriešenie tohto problému. Výskumný tím z Technickej univerzity v Dánsku a laboratória v Suzhou úspešne vyrobil „sendvičovú-“ heterogénnu vrstvenú dosku z čistého titánu prostredníctvom inovatívnej kombinácie technológie výroby aditív na báze laserového prášku (LPBF) a tradičnej výroby. Táto titánová platňa nielenže dosiahla medzu klzu 439 MPa a pevnosť v ťahu 596 MPa, ale mala aj výnimočne vysoké rovnomerné predĺženie 27 %, čím porušila tradičné chápanie, že titánové materiály nemôžu mať súčasne vysokú pevnosť a ťažnosť.
Základná inovácia: Ako sa dosahuje „sendvičová“ štruktúra pomocou technológie LPBF? Aby sme pochopili prelomový výkon tejto titánovej platne, musíme najprv pochopiť jej „špeciálnu štruktúru“. Výskumný tím prijal zložený prístup „tradičný substrát + aditívne vyrobená vrstva“, pričom konkrétne kroky sú dôkazom „presného inžinierstva“:
1. „Starostlivý výber“ surovín: Substrát: Vybrala sa tradične vyrábaná doska z čistého titánu Gr2 s hrúbkou 2 mm a vnútornou štruktúrou z rovnoosých zŕn so stredným priemerom 22,4 μm – táto štruktúra dáva substrátu dobrú ťažnosť, ale nízku pevnosť. Tlačový prášok: Tiež čistý titánový prášok Gr2 s veľkosťou častíc riadenou medzi 5 ~ 40 μm a priemernou veľkosťou častíc 25,8 μm, pripravený atomizáciou plynu, aby sa zabezpečila rovnomernosť a tekutosť prášku.
2. Výskumný tím pomocou techniky vrstvenia-po-vrstvení vrstiev LPBF (Laser Powder Bed Fusion) nevytlačil priamo kompletnú titánovú platňu. Namiesto toho použili tradičný substrát ako „medzivrstvu“ a vytlačili 25 vrstiev titánového materiálu na každú stranu substrátu pomocou technológie LPBF (každá vrstva s hrúbkou 40 μm, s celkovou hrúbkou tlače približne 1 mm). Počas procesu tlače bol výkon lasera nastavený na 280 W, rýchlosť skenovania na 1 200 mm/s a špeciálne sa použila „rozložená šachovnicová dráha“, pričom smer skenovania bol pre každú vrstvu otočený o 67 stupňov-presné ovládanie týchto parametrov položilo základ pre následnú gradientnú mikroštruktúru. Výsledná titánová platňa pripomína „kovový sendvič“: mäkký tradičný titánový substrát v strede s tvrdými aditívne vyrobenými vrstvami na oboch stranách a bez zjavných medzier medzi substrátom a potlačenými vrstvami,-pretože počas tlače prvej vrstvy sa povrch substrátu roztaví laserom, čím sa vytvorí „metalurgická väzba“, čím sa úplne vyhne problémom so slabým rozhraním tradičných vrstvených materiálov. Výkonový zázrak: "mikroskopický kód" za 27% rovnomerným predĺžením. Prečo táto "sendvičová" štruktúra umožňuje, aby titánová doska mala vysokú pevnosť a vysokú ťažnosť? Odpoveď spočíva v jeho mikroštruktúre a mechanizme deformácie.
Na záver, od dilemy „pevnosť a ťažnosť sa navzájom vylučujú“ až po prelom v dosiahnutí „27 % rovnomerného predĺženia + 596 MPa pevnosti v ťahu“, tento výskum prostredníctvom dômyselného dizajnu „sendvičovej“ štruktúry a presnosti technológie LPBF otvoril nové okno pre vývoj titánových materiálov. Možno v blízkej budúcnosti uvidíme tento nový „mäkký a tvrdý“ titánový materiál, ktorý sa bude používať vo viacerých špičkových-zariadeniach.
Baoji Reliab Metal Materials Co., Ltd
Mobil: 0086 13092900605
Obchodné oddelenie 1: WhatsApp +8613092900605 (pán Gary)
Obchodné oddelenie 2: +8613092913521(pani Sophia)
Adresa: No.35 Baoti Rd, okres Weibin, Baoji, Čína
