Cranfield University Studiuje utlenianie tytanu podczas drukowania 3D WAAM

Wytwarzanie dodatków drutowych i łukowych, czyli WAAM, jest skuteczną techniką stosowaną w przemyśle lotniczym, morskim i innych. Technologia ta polega na użyciu drutu metalowego i łuku elektrycznego takiego, jaki stosowany jest w spawalnictwie, i jest szybsza i tańsza niż inne metody produkcji dodatków. Jednak nie jest to doskonały proces. W artykule zatytułowanym "Utlenianie Ti-6Al-4V podczas wytwarzania dodatków drutowych i łukowych" grupa naukowców omawia powszechny problem WAAM - utleniania.

Utlenianie często ma miejsce podczas WAAM ze względu na wysoka reaktywność tytanu z tlenem w wysokich temperaturach. Znakiem utleniania jest odbarwienie spowodowane kruchą warstwą wzbogaconą w tlen w pobliżu powierzchni (przypadku Alpha), co może być szkodliwe dla właściwości mechanicznych części. Naukowcy zbadali utlenianie stopu tytanu podczas WAAM, aby "określić mechanizm i główne parametry procesu kontrolujące to zjawisko". Przenoszone plazmowo i łukowo próbki zostały wytworzone poprzez zmianę parametrów depozycji lub poziomów tlenu w atmosferze fuzji. Próbki scharakteryzowano za pomocą oględzin, mikroskopu optycznego, skaningowego mikroskopu elektronowego i wytrzymałości mechanicznej na rozciąganie.

"Dla każdego zawierającego tlen w środowisku ekranowania stwierdzono, że jeśli temperatury są wystarczająco wysokie i czasy ekspozycji długo obserwuje się utlenianie tytanu ", stwierdzają naukowcy. "Ponadto można było stwierdzić, że utlenianie jest bardziej znaczące w obszarze pierwszych osadzonych warstw. Maksymalna głębokość Alpha Case wynosiła 200 μm dla próbek zbudowanych z wyższym prądem (220 A) i szerszą szerokością oscylacji. Próby rozciągania wykazały, że zwiększenie 40-krotności poziomu tlenu w środowisku ekranowania nie wpływa znacząco na wytrzymałość na rozciąganie. "

Temperatura i czas ekspozycji, jak odkryli naukowcy, odgrywają ważniejszą rolę niż poziomy tlenu podczas utleniania WAAM proces. Wnioskują, że dopóki środowisko osłonowe zawiera tlen, utlenianie zachodzi, jeśli temperatura i czas ekspozycji są wystarczająco wysokie, nawet jeśli poziomy tlenu są niskie.

Kilka ogólnych wniosków zostało wyciągniętych dzięki testom przeprowadzonym przez badaczy na Próbki:

Uważna kontrola parametrów może łagodzić skutki utleniania, ale pozostaje problemem, szczególnie w przemyśle lotniczym, w którym składniki tytanu są powszechnie stosowaneużywany. Ponieważ temperatury są tak wysokie podczas WAAM, dochodzi do utleniania i tworzenia twardej, kruchej, trudnej do obróbki zewnętrznej warstwy znanej jako Alpha Case. Autorzy tego artykułu są jednak w stanie zaoferować więcej informacji na temat stanu i możliwości uniknięcia najpoważniejszych efektów

Autorami artykułu są Armando Caballero, Jialuo Ding, Yashwanth Bandari i Stewart Williams.