ساخت شیشه فلزی پایه آهن با ضخامت بزرگ از طریق پرینت سه بعدی

ساخت شیشه فلزی پایه آهن با ضخامت بزرگ از طریق پرینت سه بعدی

Additive manufacturing of an iron-based bulk metallic glass larger than thecritical casting thickness (15 March 2018)

زمانی که فلز مذاب به سرعت منجمد می شود تا از کریستالیزه شدن پیشگیری شود، شیشه های فلزی تشکیل می شوند. زمانی که فاز مایع با نرخ بسیار بالایی (معمولا در حدود 5^10 تا 8^10 کلوین در ثانیه) سرد می شود، شیشه ای شدن رخ می دهد. برخلاف فلزات کریستالی (بلورین)، اتم ها در شیشه های فلزی نظم اتمی بلند دامنه ندارند، اما نظم در محدوده کوتاه یا متوسط در آن ها مشاهده شده است. شیشه های فلزی دارای فلزات انتقالی آهنی، به دلیل خواص مغناطیسی، خواص مکانیکی، ضریب میرایی پایین و هزینه پایین، بسیار مورد توجه قرار دارند. میکروساختارهای همگن شیشه ای که عاری از عیوب است، خواص ضد خوردگی و سایشی بسیار عالی دارند و همچنین نامهمسانگردی مغناطیسی-کریستالی در آن ها وجود ندارد. شیشه های فلزی پایه آهن، گزینه بهینه ای برای کاربردهای فراوان به خصوص در زمینه مغناطیسی هستند. با این حال، ضرورت فراهم کردن سرعت بالای انجماد در فرایندهای متداول مانند مذاب ریسی (Melt Spinning)، ترسیب بخار و اتمیزه کردن، تولید شیشه فلزی را محدود به ضخامت بسیار نازک می کند. این چالش های تولید همراه با داکتیلیته پایین، موجب محدود شدن کاربردهای شیشه های فلزی پایه آهنی شده اند.

در این راستا، محققین مرکز تولید افزایشی در دانشگاه کارولینا شمالی ایالات متحده، از پرینت سه بعدی برای ساخت شیشه های فلزی حجیم (BMG) پایه آهن با ضخامت بالا استفاده کرده اند. در این کار پژوهشی، قابلیت های تولید افزایشی بستر پودری مبتنی بر لیزر (laser based powder bed additive manufacturing) برای تولید نمونه های حجیم شیشه فلزی بررسی شده است. نشان داده شد که نمونه های ساخته شده از این طریق، در تمام ابعاد بسیار بزرگتر از ضخامت قابل تولید از طریق روش ریخته گری هستند. نتایج پراش اشعه-X بر روی این نمونه های نسبتا بزرگ نیز نشان داد که ساختار نهایی کاملا به صورت آمورف است. نتایج این پژوهش از اهمیت بالایی در تولید انبوه این ساختارهای جذاب، برخوردار هستند و می توان انتظار داشت که در آینده ای نه چندان دور، نمونه های صنعتی از شیشه های فلزی حجیم ساخته شوند که بتوان از خواص بی نظیر آن ها، به صورت کامل بهره برداری کرد.

DOI: 10.1016/j.apmt.2018.02.011

گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد (MatRes)