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同步加速器 X 射线技术或有助于制造高度耐腐蚀不锈钢

2021-10-27 14:08     来源:石溪大学     增材制造同步加速器X射线
激光增材制造,一种通过熔化和重新固化金属粉末来逐层构建零件的 3D 打印形式,为科学家们学习如何设计独特的结构材料带来了新机会。

由石溪大学研究人员领导的一项新研究揭示了激光增材制造 316L 不锈钢(一种广泛用于海军应用的耐腐蚀金属)的腐蚀行为与底层材料结构之间的联系。该团队使用多模态同步加速器 X 射线技术,发现了打印参数与材料缺陷状态之间的新联系。这使研究人员能够绘制出设计更耐腐蚀的印刷合金的途径。

该研究结果发表在《增材制造》11 月刊上 ,可以通过在纳米级设计缺陷来实现高度耐腐蚀不锈钢的未来生产。该研究还表明,多模态同步加速器技术正在成为建立打印过程、材料的底层结构及其实现性能之间相关性的重要工具。

“我们研究的主要重点是了解激光增材制造的 316L 不锈钢在由于这种 3D 打印过程固有的快速凝固速率而形成的微观结构缺陷的情况下的腐蚀行为,”通讯作者兼助理Jason Trelewicz解释说。教授材料科学与工程中的工程与应用科学学院和研究所高级计算科学. “我们表明,虽然打印的 316L 的均匀表面腐蚀与传统的 316L 合金相似,但打印材料对点蚀的敏感性增加,特别是在我们的同步加速器测量中发现的缺陷密度最大的样品中。”


对增材制造的 316L 不锈钢进行的多模态研究揭示了明场透射电子显微照片(灰度)中晶体缺陷的异质性和相关性分布,以及叠加的 X 射线荧光图(彩色)中的合金元素。图片来源:W. Streit Cunningham 博士和 Jason Trelewicz 教授,石溪大学

该团队由 Trelewicz 教授小组、工程微结构和辐射效应实验室的研究科学家和学生组成 ,与布鲁克海文国家实验室的合作者合作,在布鲁克海文国家同步加速器光源 II (NSLS-II) 上进行了同步加速器 X 射线实验。316L 样品由合作者 Guha Manogharan 教授在宾夕法尼亚州立大学打印。该团队在布鲁克海文的功能纳米材料中心(CFN)进行了相关电子显微镜检查, 并在石溪大学进行了腐蚀测量。

除了开发新型增材制造材料之外,Trelewicz 表示,这些发现强调了相关同步加速器 X 射线和电子显微镜测量在构建由激光增材制造开发的材料的体积平均微观结构趋势的详细图片中可以发挥的关键作用。

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