Khi bạn nghĩ đếntitan, bạn có thể nghĩ đến những ứng dụng rộng rãi của nó trong ngành hàng không vũ trụ và cấy ghép y tế – xét cho cùng, kim loại này tự hào có tỷ lệ độ bền-trên-trọng lượng đặc biệt cao, khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và khả năng tương thích sinh học, khiến nó trở thành một "chuyên gia" thực sự của{3}}tất cả-ngành nghề" trong thế giới kim loại. Tuy nhiên, trong một thời gian dài, titan đã phải đối mặt với một "vấn đề đáng mừng": độ bền tuyệt đối của titan nguyên chất quá thấp để đáp ứng các yêu cầu về độ bền-cao; trong khi hợp kim hóa nó với các nguyên tố như Al và V giúp cải thiện độ bền của nó, nó cũng làm giảm khả năng chống ăn mòn và khả năng tương thích sinh học, đồng thời đặt ra những thách thức trong việc tái chế các nguyên tố hợp kim và khả năng cạn kiệt tài nguyên.
Gần đây, một nghiên cứu được công bố trên *Thư nghiên cứu vật liệu* đã mang lại hy vọng mới cho việc giải quyết thách thức này. Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Kỹ thuật Đan Mạch và Phòng thí nghiệm Tô Châu đã chế tạo thành công tấm titan nguyên chất nhiều lớp không đồng nhất "giống như bánh sandwich" thông qua sự kết hợp sáng tạo giữa công nghệ sản xuất phụ gia phản ứng tổng hợp bột laser (LPBF) và quy trình sản xuất truyền thống. Tấm titan này không chỉ đạt được cường độ năng suất 439 MPa và độ bền kéo 596 MPa mà còn sở hữu độ giãn dài đồng đều đặc biệt cao 27%, phá vỡ quan niệm truyền thống rằng vật liệu titan không thể đồng thời sở hữu cả độ bền và độ dẻo cao.
Đổi mới cốt lõi: Cấu trúc "bánh sandwich" đạt được bằng cách sử dụng công nghệ LPBF như thế nào? Để hiểu được bước đột phá về hiệu suất của tấm titan này, trước tiên người ta phải hiểu "cấu trúc đặc biệt" của nó. Nhóm nghiên cứu đã áp dụng phương pháp tổng hợp “lớp nền truyền thống + lớp được sản xuất bồi đắp”, với các bước cụ thể là minh chứng cho “kỹ thuật chính xác”:
1. "Lựa chọn cẩn thận" Nguyên liệu thô: Chất nền: Tấm titan nguyên chất Gr2 được sản xuất theo truyền thống đã được chọn, có độ dày 2 mm và cấu trúc bên trong là các hạt cân bằng có đường kính trung bình 22,4μm - cấu trúc này mang lại cho chất nền độ dẻo tốt nhưng độ bền thấp. Bột in: Cũng là bột titan nguyên chất Gr2, có kích thước hạt được kiểm soát trong khoảng 5 ~ 40μm và kích thước hạt trung bình là 25,8μm, được điều chế bằng phương pháp nguyên tử hóa khí để đảm bảo tính đồng nhất và khả năng chảy của bột.
2. Nhóm nghiên cứu sử dụng kỹ thuật "xếp chồng từng lớp" LPBF (Laser Powder Bed Fusion) đã không in trực tiếp một tấm titan hoàn chỉnh. Thay vào đó, họ sử dụng chất nền truyền thống làm "lớp trung gian", in 25 lớp vật liệu titan trên mỗi mặt của chất nền bằng công nghệ LPBF (mỗi lớp dày 40μm, với tổng độ dày in khoảng 1mm). Trong quá trình in, công suất laser được đặt thành 280W, tốc độ quét thành 1200 mm/giây và "đường bàn cờ so le" được sử dụng cụ thể, với hướng quét xoay 67 độ cho mỗi lớp-việc kiểm soát chính xác các tham số này đã đặt nền tảng cho cấu trúc vi mô gradient tiếp theo. Tấm titan thu được giống như một "bánh sandwich kim loại": một lớp nền titan truyền thống mềm ở giữa, với các lớp được sản xuất bồi đắp cứng ở cả hai mặt và không có khoảng trống rõ ràng giữa lớp nền và các lớp được in-vì trong quá trình in lớp đầu tiên, bề mặt lớp nền bị nóng chảy bởi tia laser, tạo thành một "liên kết luyện kim", hoàn toàn tránh được vấn đề giao diện yếu của các vật liệu xếp lớp truyền thống. Điều kỳ diệu về hiệu suất: "mật mã cực nhỏ" đằng sau độ giãn dài đồng đều 27%. Tại sao cấu trúc “bánh sandwich” này có thể cho phép tấm titan vừa có độ bền cao vừa có độ dẻo cao? Câu trả lời nằm ở cấu trúc vi mô và cơ chế biến dạng của nó.
Tóm lại, từ vấn đề nan giải về "độ bền và độ dẻo loại trừ lẫn nhau" đến bước đột phá để đạt được "độ giãn dài đồng đều 27% + 596 MPa", nghiên cứu này, thông qua thiết kế khéo léo của cấu trúc "bánh sandwich" và độ chính xác của công nghệ LPBF, đã mở ra một cánh cửa mới cho sự phát triển của vật liệu titan. Có lẽ trong tương lai gần, chúng ta sẽ thấy vật liệu titan "mềm và cứng" mới lạ này được sử dụng trong các-thiết bị cao cấp hơn.
Công ty TNHH Vật liệu kim loại Baoji Reliab
Điện thoại di động: 0086 13092900605
Phòng kinh doanh 1: WhatsApp +8613092900605 (Mr.Gary)
Phòng kinh doanh 2: +8613092913521(Ms. Sophia)
Địa chỉ: Số 35 Đường Baoti, Quận Weibin, Baoji, Trung Quốc
