Materialen die worden gebruikt op het gebied van ruimtevaart, auto's, medische apparatuur en defensie moeten bestand zijn tegen extreem zware omgevingen. Kleine gebreken in de materialen, d.w.z. scheuren, kunnen leiden tot catastrofale gevolgen en enorme economische schade. De meeste materialen kunnen dergelijke hoge temperaturen en drukken echter niet aan. Multimaterialen, zoals functioneel gesorteerde materialen (FGM's), die verschillende materialen combineren om betere prestaties te produceren, zijn ideaal in deze situaties.

Multimaterialen worden normaal gesproken gemaakt door middel van additive manufacturing (AM), waarbij lagen van verschillende materialen op elkaar worden aangebracht. Scheuren en poriën komen echter vaak voor bij de grenslagen vanwege de verschillende eigenschappen van de materialen. FGM's proberen deze scheuren te verminderen door een 'gradiënt' te creëren in de samenstellingsverandering over het volume van het materiaal. Nu hebben onderzoekers van de Korea Maritime and Ocean University een manier ontwikkeld om een ​​hoogwaardige FGM gemaakt van Inconel 718 en roestvrij staal (STS) 316L te synthetiseren en de defecten te minimaliseren.

Volgens professor Do-Sik Shim, die de studie leidde, "heeft Inconel 718 uitstekende eigenschappen, maar is het duur. Door het te mengen met STS 316L om een ​​hoogwaardige FGM te creëren, hebben we niet alleen de technische en commerciële voordelen ervan verbeterd, maar ook de economische haalbaarheid." Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het Journal of Materials Research and Technology .

Voor hun werk deponeerde het onderzoeksteam STS 316L op Inconel 718 met behulp van een 3D-printtechniek genaamd 'directed energy deposition'. Ze creëerden drie soorten FGM's, niet-gegradeerd (NG), waarbij een laag STS rechtstreeks op Inconel was afgezet, gegradeerd (10) en gegradeerd (25), met menggradiënten van respectievelijk 10% en 25%. Ze ontdekten dat grensvlakscheuren vaak voorkwamen in het NG-type, terwijl Graded (10) en Graded (25) alleen scheuren vertoonden in specifieke regio's als gevolg van 'kolom-naar-equiaxiale overgang' (een overgang in de microstructuur van de FGM), neerslag , of de opname van titanium, aluminium of chroom onzuiverheden. Ze zagen bovendien dat het type Graded (25) de hoogste treksterkte en rek vertoonde.

Deze bevindingen geven aan dat de microstructuur en mechanische eigenschappen van FGM sterk afhankelijk zijn van de gradiëntverhouding van de componenten, waardoor het potentieel wordt gecreëerd om minimale of zelfs geen defecten in FGM te bereiken. "Deze bevindingen zullen leiden tot verbeteringen in het veld, zoals lagere kosten, langere levensduur van componenten in apparatuur en verbeterde functionaliteit", zegt professor Shim. De toekomstplannen van het onderzoeksteam omvatten het gebruik van de nieuwe FGM om complexe gevormde onderdelen te vervaardigen met behulp van AM-technologieën. + Verder verkennen

Nanodeeltjes verbeteren de sterkte van metaallegeringen