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新工艺帮助3D打印的金属部件承受高温环境

2022-11-22 14:45 中国航空报

中国航空报讯:虽然3D打印技术确实可以有效生产复杂的金属部件,但这些物品在受力和加热时往往会变形。由于麻省理工学院开发的一项新技术,这种尴尬可能很快就不会再出现了。现有的3D打印金属部件的问题在于一种被称为“蠕变”的现象,其中持续的机械应力和高热导致金属永久变形。当金属是由细小的晶粒组成时,蠕变尤其容易发生,而3D打印的金属就属于这种情况。

在Zachary Cordero教授的领导下,麻省理工学院的一个团队已经开发出一种热处理工艺,使这些晶粒变大,从而不容易发生蠕变。这是一种被称为定向再结晶的现有技术的变种。

在实验室测试中,3D打印的镍合金棒最初被放置在一个感应线圈正下方的室温水盆中,然后以不同的速度缓慢地通过线圈向上拉。这样做将每根棒的一部分加热到1200℃至1245℃的温度,从而在线圈和水之间的金属内产生一个陡峭的热梯度。

这种梯度反过来导致金属的微观晶粒转变为大得多的“柱状”晶粒。正如这个词所暗示的那样,新的晶粒采取了柱子的形式,与金属内最大应力轴对齐。

最佳效果发生在1235℃的温度和每小时2.5毫米的拉伸速度下,并且科学家正在努力提高这一速度,其他组合可能对其他金属有更好的效果。事实上,根据3D打印部件的预期用途,通过在处理过程中改变温度和速度,可以在单个项目中改变晶粒结构。

研究人员现在计划在类似于燃气轮机或喷气发动机叶片的结构上测试该技术,这些叶片必须承受持续的机械应力和高热。如果它们确实被证明不容易发生蠕变,它可能为更好、更有效的设计铺平道路。

Cordero说:“新的叶片的几何形状将使陆基燃气涡轮机以及最终的航空发动机更加节能。从基线的角度来看,这可能会带来更低的二氧化碳排放并提高这些设备的效率。”

关于这项研究的论文最近发表在《增材制造》杂志上。

责任编辑:intern2