レーザー 3D プリントで強固で壊れない高エントロピー合金 (HEA) を作成

レーザー 3D プリントで強固で壊れない高エントロピー合金 (HEA) を作成
この投稿は Bingdunxiong によって 2023-12-19 15:10 に最後に編集されました

2023年12月19日、Antarctic Bearは、研究者が複数の金属元素を組み合わせて、摩耗、極端な温度、強い放射線、高ストレスなどの過酷な環境で大きな応用可能性を示す新しいタイプの耐久性のある高エントロピー合金(HEA)を作成することに成功したことを知りました。

△3Dプリントで作られた高エントロピー合金(左)で発見された2つの結晶構造(右)
技術研究開発の背景

従来の 3D 印刷技術を使用して HEA を製造することもできますが、この方法では通常、材料の延性が低くなるため、3D 印刷された HEA は成形が難しく、負荷がかかると変形したり伸びたりしやすく、壊れやすくなります。現在、科学者たちはレーザーベースの 3D プリンティングを使用して、より強力で延性の高い HEA を開発し、中性子および X 線散乱と電子顕微鏡検査を通じて、これらの特性向上の背後にあるメカニズムについてより深い理解を得ています。

この進歩は、例えば、より安全でエネルギー効率の高い自動車、より強力な製品、より耐久性の高い機械を約束することで、消費者と産業に利益をもたらすでしょう。さらに、レーザーベースの積層造形技術はエネルギー効率の点で優れているため、新しい HEA の製造がさらに魅力的になります。

△この研究は「付加製造により得られる強靭で延性のあるナノ層高エントロピー合金」というタイトルでネイチャー誌に掲載された(ポータル)
チタン合金を上回る性能もある

技術的な詳細に関して言えば、この新しい HEA は、極めて高い強度を持つナノメートル厚のフレーク (シート層) を生成できる点が特徴で、独自のエッジ設計によってある程度の滑りが可能になり、材料の延性が向上します。これらの薄片は、平均厚さが約 150 ナノメートルの面心立方 (FCC) 結晶構造と、平均厚さが約 65 ナノメートルの体心立方 (BCC) 結晶構造が交互に重なった層で構成されています。

新しい HEA は、約 1.3 ギガパスカルという高い降伏強度を示し、現在最強の 3D プリント チタン合金を上回ります。同時に、これらの HEA の伸びも約 14% であり、これは同じ降伏強度を持つ金属合金の中では比較的高い値です。伸びは、材料が破損することなく曲げに耐える能力を測る重要な指標です。

△曲線は降伏強度(σ0.2)と極限引張強度(σu)で示されています。
研究チームは、オークリッジ国立研究所 (ORNL) のスパレーション中性子源施設を使用して、ストレス下にある HEA サンプルの内部機械的負荷分布を詳細に観察しました。同時に、研究チームは、同じく ORNL の施設であるナノフェーズ材料科学センターの原子プローブ装置を使用して、交互ナノシート層の構成と微細構造の詳細な 3D 画像を撮影しました。さらに、アルゴンヌ国立研究所にある米国エネルギー省の別の施設である先進光子源で、X 線回折を使用して、異なる方法で焼鈍されたサンプルの相が研究されました。

この技術の影響を過小評価することはできません。将来的には、このより強くて成形しやすい HEA が、特に軽量で複雑な構造、高耐久性、高信頼性、および破壊に対する強い耐性を必要とする部品の製造に広く採用される可能性があります。




高エントロピー合金研究

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