عندما تفكر فيالتيتانيوم، قد تفكر في تطبيقاته المنتشرة على نطاق واسع في مجال الطيران والمزروعات الطبية - فبعد كل شيء، يتميز هذا المعدن بنسبة قوة عالية بشكل استثنائي-إلى-الوزن، ومقاومة ممتازة للتآكل، وتوافق حيوي، مما يجعله "مسندًا-لجميع-جميع-المهن" في عالم المعادن. ومع ذلك، لفترة طويلة، واجه التيتانيوم "مشكلة سعيدة": القوة المطلقة للتيتانيوم النقي منخفضة جدًا بحيث لا تلبي متطلبات القوة العالية-؛ في حين أن خلطها بعناصر مثل Al وV يحسن قوتها، فإنه يقلل أيضًا من مقاومتها للتآكل وتوافقها الحيوي، ويطرح تحديات في إعادة تدوير عناصر السبائك واستنزاف الموارد المحتمل.
مؤخرًا، قدمت دراسة نُشرت في *Materials Research Letters* أملًا جديدًا لحل هذا التحدي. نجح فريق بحث من الجامعة التقنية في الدنمارك ومختبر سوتشو في تصنيع صفيحة تيتانيوم نقية ذات طبقات غير متجانسة "تشبه الساندويتش" من خلال مزيج مبتكر من تقنية التصنيع الإضافي لدمج طبقة مسحوق الليزر (LPBF) والتصنيع التقليدي. لم تحقق لوحة التيتانيوم هذه قوة خضوع تبلغ 439 ميجا باسكال وقوة شد تبلغ 596 ميجا باسكال فحسب، بل امتلكت أيضًا استطالة موحدة عالية بشكل استثنائي بنسبة 27%، مما يكسر الفهم التقليدي القائل بأن مواد التيتانيوم لا يمكن أن تتمتع في نفس الوقت بالقوة العالية والمرونة.
الابتكار الأساسي: كيف يتم تحقيق هيكل "الساندويتش" باستخدام تقنية LPBF؟ لفهم التقدم الذي حققته لوحة التيتانيوم هذه، يجب على المرء أولاً أن يفهم "بنيتها الخاصة". اعتمد فريق البحث نهجًا مركبًا من "الركيزة التقليدية + الطبقة المصنعة بشكل إضافي"، مع كون الخطوات المحددة بمثابة شهادة على "الهندسة الدقيقة":
1. "الاختيار الدقيق" للمواد الخام: الركيزة: تم اختيار لوحة Gr2 من التيتانيوم النقي المصنعة تقليديًا، بسمك 2 مم وبنية داخلية من الحبيبات متساوية المحاور بمتوسط قطر 22.4 ميكرومتر - يمنح هذا الهيكل الركيزة ليونة جيدة ولكن قوة منخفضة. مسحوق الطباعة: أيضًا مسحوق التيتانيوم النقي Gr2، مع حجم جسيم يتم التحكم فيه بين 5 ~ 40 ميكرومتر ومتوسط حجم جسيم يبلغ 25.8 ميكرومتر، يتم تحضيره عن طريق رذاذ الغاز لضمان تجانس وتدفق المسحوق.
2. فريق البحث الذي يستخدم تقنية LPBF (اندماج طبقة المسحوق بالليزر) "طبقة-بواسطة-طبقة تكديس" لم يطبع لوحة تيتانيوم كاملة بشكل مباشر. بدلاً من ذلك، استخدموا ركيزة تقليدية باعتبارها "طبقة وسيطة"، وطبعوا 25 طبقة من مادة التيتانيوم على كل جانب من الركيزة باستخدام تقنية LPBF (كل طبقة بسمك 40 ميكرومتر، مع سمك مطبوع إجمالي يبلغ حوالي 1 مم). أثناء عملية الطباعة، تم ضبط طاقة الليزر على 280 وات، وسرعة المسح على 1200 مم/ثانية، وتم استخدام "مسار رقعة الشطرنج المتدرج" على وجه التحديد، مع تدوير اتجاه المسح بمقدار 67 درجة لكل طبقة-وضع التحكم الدقيق في هذه المعلمات الأساس للبنية المجهرية المتدرجة اللاحقة. تشبه لوحة التيتانيوم الناتجة "شطيرة معدنية": ركيزة تيتانيوم تقليدية ناعمة في المنتصف، مع طبقات صلبة مصنعة بشكل إضافي على كلا الجانبين، ولا توجد فجوات واضحة بين الركيزة والطبقات المطبوعة-لأنه أثناء طباعة الطبقة الأولى، يتم إذابة سطح الركيزة بواسطة الليزر، مما يشكل "رابطة معدنية"، مما يتجنب تمامًا مشكلة الواجهة الضعيفة للمواد ذات الطبقات التقليدية. معجزة الأداء: "الرمز المجهري" وراء الاستطالة المنتظمة بنسبة 27%. لماذا يسمح هيكل "الساندويتش" هذا للوحة التيتانيوم بامتلاك قوة عالية وليونة عالية؟ تكمن الإجابة في بنيتها المجهرية وآلية التشوه.
في الختام، بدءًا من معضلة "كون القوة والليونة متعارضتين" إلى الاختراق المتمثل في تحقيق "27% من الاستطالة المنتظمة + 596 MPa قوة الشد"، فتح هذا البحث، من خلال التصميم المبتكر لهيكل "الساندويتش" ودقة تقنية LPBF، نافذة جديدة لتطوير مواد التيتانيوم. ربما في المستقبل القريب، سنرى استخدام مادة التيتانيوم "اللينة والصلبة" الجديدة هذه في المزيد من المعدات المتطورة.
شركة باوجى ريليب للمواد المعدنية المحدودة
الجوال: 0086 13092900605
قسم المبيعات 1: واتساب +8613092900605 (السيد غاري)
قسم المبيعات 2: +8613092913521(السيدة صوفيا)
العنوان: رقم 35 طريق باوتي، منطقة ويبين، باوجى، الصين
