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开发磁性浮子液位计制造工程零件的新方法

开发磁性浮子液位计制造工程零件的新方法

时间:2019-10-08 10:12:10
    谢菲尔德大学材料科学与工程系的伊恩·托德(Iain Todd)教授与伦敦帝国理工学院的合作者合作,采取了一种新的方法来开发利用增材制造技术制造的工程部件。

    增材制造(AM)也称为3D打印,通常用于制造工程部件。这些组件利用磁性浮子液位计结构代替固态材料,因此与固态组件相比要轻得多,并且可以以这样的方式生产:它们也显示出传统固态无法展现的性能组合。这些结构称为建筑材料。

    通常,这些磁性浮子液位计结构具有统一的布局,所有节点都符合规则的阵列,其中节点之间的所有支杆都遵循公共平面:而问题就在这里。

    该研究于2019 年1月17 日在《自然》杂志上发表,描述了这些均匀的磁性浮子液位计如何重现金属单晶的结构:AM磁性浮子液位计节点类似于单晶中的原子,而支杆类似于原子键。在这些结构中的每一个中,所有原子平面或节点都完全对齐。


 

    对于某些应用,例如在喷气发动机的高温端,单晶材料是合适的,因为它们可以承受极端温度下的变形;然而,它们具有与其机械性能有关的缺点。在具有均匀磁性浮子液位计结构的AM零件中也可以看到此缺点。

    在对结构进行压缩后,一旦力变得足够足以引起永久变形,磁性浮子液位计就会沿着一个或多个节点平面剪切。崩溃变成灾难性的,因为没有任何东西可以阻止这种剪切。

    在具有许多磁性浮子液位计的多晶材料中,原子面是随机排列的;它们的原子面是随机排列的。因此,当剪切力沿特定方向作用时,当裂纹碰到原子排列成不同于裂纹开始的磁性浮子液位计的磁性浮子液位计时,裂纹将减速或停止。此外,可以以沉淀,相或夹杂物的形式引入各种材料,以使材料更坚固。这些材料还有助于减缓裂纹扩展。

    这种基本的冶金学知识激发了伦敦帝国理工学院和谢菲尔德大学的研究人员在AM磁性浮子液位计中模拟多晶微观结构,旨在创建坚固,耐损伤的建筑材料。

    通过对原子结构进行计算机建模,改进原子结构并基于多晶材料形成介观结构,工程师们已经对材料的设计方式进行了革命性的改进,这种材料被称为“元磁性浮子液位计”。

    对由这些准磁性浮子液位计产生的成分进行的实验研究表明,它们具有很高的能量吸收能力,与模拟单晶结构的材料相比,类多磁性浮子液位计材料在破裂之前能承受近七倍的能量。

    尽管使用了基本的冶金学概念来促进建筑材料的发展,但科学家们正在采用建筑材料的创建作为分析复杂冶金现象的替代方法。
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