طور العلماء طريقة جديدة لإنتاج معادن أقوى لاستخدامها في البيئات القاسية مثل توربينات توليد الطاقة. وباستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد وتكنولوجيا النيوترونات لتحليل المعدن، وجدوا أن المعالجة الحرارية يمكن أن تقلل الضغط داخل المعدن، مما يجعله أكثر متانة.
تتطلب التطبيقات المتطرفة، مثل توربينات الغاز المتقدمة المستخدمة لتوليد الكهرباء، مواد متطورة بنفس القدر. في هذه الدراسة، قام العلماء بالتحقيق في تأثيرات الإجهاد لـ "سبيكة فائقة" مبتكرة مكونة من معدنين عاليي القوة ومقاومين لدرجة الحرارة العالية. ابتكر الفريق هذه السبائك باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، والتي تستخدم الليزر لتشكيل مسحوق معدني في أشكال محددة. ثم استخدموا النيوترونات لتحليل البنية الداخلية للمعدن المطبوع.
لقد وجدت الأبحاث أن المعالجة الحرارية يمكن أن تخفف بشكل فعال الضغط الناتج أثناء عملية التصنيع. علاوة على ذلك، وجدت الدراسة أن هذه الضغوط تتأثر بمعايير تصنيع محددة أكثر من تأثرها بالتركيب الكيميائي للمعدن.
استخدم فريق البحث بذكاء تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد المعتمدة على الليزر لإنشاء سبيكة من معدنين مختلفين (Inconel 718 وRainey 41) دون أي شقوق. أدت تجارب النيوترونات إلى تطوير طريقة محسنة لتقييم مستويات الضغط في المعادن بدقة وكفاءة خلال عملية التصنيع. ستساعد النتائج في إنتاج سبائك أقوى وأكثر تقدمًا وأرخص في التصنيع. تعتبر هذه السبائك ضرورية للتطبيقات في البيئات القاسية.
التصنيع الإضافي، أو الطباعة ثلاثية الأبعاد، هو طريقة جديدة لتصنيع الأجزاء المعدنية وأنواع أخرى من المواد طبقة تلو الأخرى. قام المشروع البحثي، وهو عبارة عن تعاون بين باحثين في شركة جنرال إلكتريك ومعهد إديسون اللحام ومختبر أوك ريدج الوطني (ORNL)، بطباعة سبيكة تتكون من إنكونيل 718 وراني 41 على كلا الطرفين، مع منطقة متدرجة تركيبيًا في المنتصف. قامت الدراسة بتقييم الإجهاد والتغيرات التركيبية في السبيكة. ولتحقيق هذه الغاية، أجرى الباحثون تجارب نيوترونية في مصدر النيوترونات المتضخم (SNS) ومفاعل النظائر عالي التدفق (HFIR) في ORNL، وكلاهما من مرافق مستخدمي مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة. تعتبر النيوترونات مثالية لدراسة الضغوط الداخلية للمواد لأنها تستطيع اختراق المعادن الكثيفة.
باستخدام مقياس حيود VULCAN الخاص بشركة SNS وجهاز تصوير MARS الخاص بـ HFIR، قام الباحثون بقياس توزيع سلالة الشبكة المتبقية لفهم كيفية تغير الضغط المتبقي للمادة وتكوينها خلال مراحل المعالجة المختلفة. أظهرت الدراسات النيوترونية أن الضغوط المتبقية تنتج بشكل أساسي عن عملية التصنيع ويمكن تخفيفها عن طريق المعالجة الحرارية. لقد وجدت الدراسات أنه كلما زاد وقت بقاء الليزر أو زادت الطاقة، زاد الضغط. كما ساعدت أبحاث النيوترونات الشركة على إنشاء طريقة أكثر كفاءة لتحليل المعادن، مما يجعلها أكثر فائدة لصنع أجزاء أفضل بتكاليف أقل باستخدام التصنيع الإضافي.
تم تجميعها من / SciTechDaily
دوى:10.3389/ftmal.2022.1070562