Będąc pionierem innowacji naukowych w erze ukształtowanej przez najnowocześniejsze technologie, trwają poszukiwania materiałów, które harmonijnie łączą lekkość z wytrzymałością. Ta podróż nie polega tylko na wymyślaniu nowych materiałów; chodzi o poszerzenie granic tego, co jest możliwe do osiągnięcia w takich sektorach, jak przemysł lotniczy i inżynieria samochodowa. Magia tkwi w mikrostrukturze materiałów – tych drobnych, często niewidocznych wzorach, które decydują o właściwościach materiału. Rozszyfrowanie i manipulowanie tymi wzorcami może prowadzić do znaczących przełomów, torując drogę postępom, które kiedyś uważano za niemożliwe.
Naukowcy z Politechniki Xi’an w Chinach, kierowani przez profesora Shufenga Li, poczynili znaczące postępy w dziedzinie materiałów lotniczych i motoryzacyjnych dzięki pracom nad kompozytami z osnową tytanu (TMC) wzmocnionymi wąsami z borku tytanu (TiBw) w skali nano.
Ich badania, skupione na wpływie parametrów charakterystycznych dla skali (takich jak średnica, współczynnik kształtu i dyspersja) TiBw na mikrostrukturę i zachowanie mechaniczne TMC, dostarczają kluczowych informacji na temat związku między mikrostrukturą a właściwościami mechanicznymi. “Mikrostruktura materiału określa jego właściwości makroskopowe. Jesteśmy zaangażowani w aktywną regulację mikrostruktury TMC” – zauważył profesor Li, podkreślając znaczenie, które dyktuje zachowanie materiału na poziomie mikroskopowym.
Aby przygotować kompozyty, zespół zaproponował zaprojektowanie sferycznego proszku kompozytowego Ti64-TiBw, zawierającego TiBw w skali nano, w procesie znanym jako elektroniczna atomizacja gazu topiącego indukcyjnie (EIGA), a następnie przygotowanie kompozytów Ti64-TiBw metodą EBM, aby skutecznie kontrolować parametry skali TiBw w TMC. “W zaprojektowanych przez nas sferycznych proszkach kompozytowych Ti64-TiBw TiBw jest rozmieszczony wzdłuż granic ziaren w skali nano, tworząc nieciągłą strukturę sieci. Ta struktura sieci jest zachowana w kompozytach EBM-Ti64-TiBw.” wyjaśnił dr Liu, rzucając światło na złożoną architekturę tych materiałów.
Te elementy TMC, znane ze swojej wyjątkowej wytrzymałości, sztywności i odporności na wysoką temperaturę, odgrywają kluczową rolę w branżach zaawansowanych technologii, zwłaszcza w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym. Profesor Shufeng Li rzucił światło na znaczenie swoich odkryć: “Wykorzystując proces szybkiego chłodzenia w EIGA i EBM, w TMC można otrzymać TiBw w skali nano. Zapewnia to naukowcom podstawę eksperymentalną do poszerzenia okna kontroli wielkości TiBw i badania wpływu wielkości TiBw na mikrostrukturę i właściwości TMC.”
Badanie podkreśla znaczenie zrozumienia ewolucji parametrów charakterystycznych skali TiBw w TMC. “Wraz ze wzrostem temperatury obróbki cieplnej nano TiBw w kompozytach EBM-Ti64-TiBw zaczynają się gruboziarnić do mikroskali, co prowadzi do zmiany mikrostruktury na osnowie Ti64. Powiększanie TiBw następuje w wyniku naturalnego mechanizmu wzrostu znanego jako dojrzewanie Ostwalda” – zauważył profesor Li.
Ta przełomowa praca otwiera możliwości opracowania zaawansowanych materiałów niezbędnych dla przemysłu lotniczego i samochodowego. Możliwość precyzyjnego dostrojenia właściwości tych kompozytów stwarza możliwości wytwarzania materiałów, które są zarówno lekkie, jak i wytrzymałe, spełniając wysokie standardy obowiązujące w tych sektorach.
Odniesienie do czasopisma
Yiming Zhang, Shufeng Li, Shaodi Wang, Deng Pan, Lei Liu, Shaolong Li, Lina Gao, Huiying Liu, Xin Zhang, Bo Li, Shengyin Zhou. „Ewolucja mikrostruktury kompozytów Ti64-TiBw poprzez stapianie proszku w złożu wiązką elektronów przy użyciu przygotowanego proszku kompozytowego jako surowca.” Journal of Materials Research and Technology 27 (2023). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.11.159.
O Autorach
Le Liu urodził się w Xi’an w Chinach w 1994 r. Jest doktorantem. Uzyskał tytuł licencjata w dziedzinie fizyki materiałów oraz tytuł magistra w dziedzinie nauk o materiałach i inżynierii na Uniwersytecie Technologicznym Xi’an w Xi’an w Chinach odpowiednio w 2017 i 2020 roku. W latach 2023-2024 był międzynarodowym współpracownikiem badawczym w Instytucie Badań nad Łączeniem i Spawaniem, Uniwersytet w Osace, Osaka, Japonia. Jego badania skupiają się na mechanizmach odkształceń i zachowaniach mechanicznych heterostrukturalnych kompozytów z osnową tytanową metodą metalurgii proszków i wytwarzania przyrostowego.
Shufeng Li, drjest profesorem Szkoły Inżynierii Materiałowej na Uniwersytecie Technologicznym w Xi’an oraz profesorem zaproszonym Instytutu Badań nad Łączeniem i Spawaniem na Uniwersytecie w Osace. Jest także dyrektorem Kluczowego Laboratorium Metalurgii Proszków i Wytwarzania Przydatnego Kompozytów Metalowych z Matrycą w Shannxi oraz Kluczowego Laboratorium Zaawansowanych Materiałów Metalurgii Proszków i Nowych Technologii w Xi’an. Dr Shufeng Li uzyskał tytuł licencjata i magistra w dziedzinie kształtowania i kontrolowania materiałów na Politechnice Xi’an w Xi’an w Chinach oraz stopień doktora w dziedzinie inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Nihon w Tokio w Japonii. W latach 2009-2012 odbył staż podoktorski w Instytucie Badań nad Łączeniem i Spawaniem na Uniwersytecie w Osace. W latach 2012–2013 był specjalnie mianowanym adiunktem na Uniwersytecie w Osace. Otrzymał nagrodę Research Progress Award od Japońskiego Stowarzyszenia Metalurgii Proszków w 2013 r. oraz Nagrodę Nauki i Technologii od Ministra Edukacji, Kultury i Nauki Japonii w 2014 r. Badania dr Shufenga Li koncentrują się na badaniu regulacji kanałów jonowych serca i mechanizmów arytmogennych. Opublikował blisko 200 oryginalnych prac naukowych recenzowanych w znanych czasopismach międzynarodowych, takich jak PNAS, Acta Materialia i Electrical Manufacturing.
