Thiết kế các vật liệu composite mới

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Lorraine, Pháp cho biết các giả tinh thể (quasicrystal), một loại hợp kim kim loại phức tạp với các tính chất giống tinh thể, có thể hữu ích trong việc thiết kế các vật liệu composite mới.

Ngành công nghiệp ô tô, hàng không vũ trụ và máy móc, trong số những ngành công nghiệp khác, đang phải sử dụng ngày càng nhiều các phương pháp in 3D để sản xuất các cấu phần chế tạo. Nhu cầu đối với các công nghệ liên quan đến quá trình sản xuất các cấu phần có các tính chất chức năng mạnh hơn ngày càng gia tăng. Điều này đòi hỏi sự phát triển của các loại vật liệu thích ứng mới.

Trong một bài báo được công bố trên tạp chí Science and Technology of Advanced Materials, Samuel Kenzari và các đồng tác giả đã tóm tắt những phát triển gần đây liên quan đến sử dụng các hợp kim kim loại phức tạp trong chế tạo đắp dần (additive manufacturing). 

Chế tạo đắp dần, thường được gọi là in 3D, là một quy trình chế tạo các cấu phần từ một mô hình kỹ thuật số. Các phương pháp chế tạo truyền thống thường bắt đầu với một đối tượng và loại bỏ vật liệu của nó để có được cấu phần cuối cùng. Trong chế tạo đắp dần, laser được sử dụng để tạo ra các lớp dựa trên một mô hình kỹ thuật số để đưa đến thành phần cuối cùng.

Phương pháp chế tạo đắp dần đang trở nên phổ biến và ảnh hưởng đến nhiều ngành công nghiệp. Trong năm 2012, phương pháp này đã tạo ra doanh thu toàn cầu là 2,2 tỷ USD. Nhưng phạm vi của các vật liệu được sử dụng vẫn còn hạn chế mặc dù nhu cầu thực tế cần các cấu phần chế tạo nhẹ hơn với các tính chất chức năng tốt hơn.

Kết hợp với các hợp kim kim loại phức tạp (complex metal alloys - CMA), như các giả tinh thể, trong thiết kế vật liệu composite mới có thể giúp đáp ứng nhu cầu này. 

Các CMA sẽ rất hứa hẹn do các tính chất hữu dụng tiềm năng của chúng như độ ma sát thấp, khả năng chống ăn mòn tương đối tốt và độ bền mòn tốt. Tuy nhiên, chúng rất giòn và điều này ngăn cản việc sử dụng chúng làm các nguyên liệu rời. Nhóm nghiên cứu đã tìm thấy những lựa chọn thay thế để giải quyết vấn đề này. Một trong số đó là sử dụng CMA làm các hạt gia cố. Một lựa chọn thay thế khác là sử dụng chúng làm vật liệu phủ. 

CMA đã được sử dụng cùng với kim loại để phát triển vật liệu composite nhẹ có thể được dùng trong chế tạo các cấu phần 3D. Những bộ phận này có tính chất cơ học tương tự như vật liệu composite thép-đồng hiện đang được sử dụng trong ngành công nghiệp nhưng với lợi thế mật độ thấp hơn.

“Ngành công nghiệp ô tô và hàng không rất vui mừng khi có các cấu phần chức năng có mật độ thấp hơn”, một trong các đồng tác giả, GS. Fournee Vincent, giải thích. “Việc giảm trọng lượng của phương tiện sẽ làm giảm năng lượng tiêu thụ”.

Các giả tinh thể cũng được sử dụng để gia cố vật liệu composite ma trận polyme trong các công nghệ in 3D. Những vật liệu composite mới này hiện nay có một số lợi thế so với các vật liệu khác về độ mòn, độ ma sát và khả năng bịt kín. 

Các cấu phần chức năng sử dụng cả hai loại hợp kim đã được thương mại hóa. Ống dẫn và ống nạp được sử dụng trong các ứng dụng thể lỏng quanh các động cơ ô tô là một ví dụ. Hiện nay, các nhà khoa học đang nghiên cứu phát triển các cấu phần chức năng được chế tạo bằng các CMA cho các ứng dụng y tế.

Theo Vista.gov.vn