3D 프린팅 기술을 사용하여 만든 세계에서 가장 단단한 티타늄 합금

[광고1]

과학자들은 티타늄 합금에 3D 프린팅 기술을 적용하여 새로운 성과를 거두었고, 소재의 강도를 두 배로 높이고 항공우주 분야에서 잠재적 적용 범위를 확대했습니다.

기록적으로 높은 피로 강도를 가진 새로운 티타늄 합금. 사진: iStock — 기록적으로 높은 피로 강도를 가진 새로운 티타늄 합금. 사진: *iStock*

중국 과학 아카데미(CAS)는 2월 28일 네이처 저널에 발표한 연구 성과를 자세히 설명했습니다. 이 연구는 중국 재료과학 및 재료연구소의 선양 핵심연구실 소속의 과학자 장전쥔(Zhang Zhenjun)과 장저펑(Zhang Zhefeng)과 캘리포니아대 버클리 캠퍼스의 로버트 리치(Robert Ritchie)가 협력하여 이뤄낸 성과입니다. 해당 기사에 따르면, 해당 연구 아이디어는 중국에서 탄생하였고, 재료 샘플도 중국에서 제작되었다고 합니다. 리치는 프로세스 검토에 참여했습니다.

3D 프린팅은 제조에 혁명을 일으켰지만, 이 공정은 높은 피로 저항성이 요구되는 부품 제작에는 거의 사용되지 않습니다. 피로 강도 또는 피로 저항성은 기어 피팅이나 표면 균열과 같은 피로 손상에 저항하는 기계 부품의 능력입니다.

금속 3D 프린팅은 레이저를 사용하여 금속 분말을 녹이고 단시간 내에 복잡한 모양으로 층을 형성하므로 크고 복잡한 부품을 빠르게 제조하는 데 적합합니다. 그러나 인쇄 공정에서 일반적으로 사용되는 강력한 레이저 빔에서 발생하는 높은 열로 인해 부품 내부에 공기 주머니가 형성되어 합금의 성능에 영향을 미칩니다. 이러한 작은 구멍은 응력 집중의 원인이 될 수 있으며, 조기 균열을 일으키고 재료의 피로 수명을 단축시킵니다.

위의 문제를 해결하기 위해, 연구팀은 기공이 없는 티타늄 합금을 생산하기로 결정했습니다. 그들은 티타늄-알루미늄-바나듐 합금인 Ti-6Al-4V를 사용하여 현재까지 알려진 티타늄 합금 중 가장 높은 피로 강도를 달성한 공정을 개발했습니다. 장전쥔에 따르면, 이 공정은 먼저 뜨거운 등온 압착으로 공기 구멍을 제거한 다음, 합금의 내부 구조가 변화하기 전에 빠르게 냉각하는 것으로 시작됩니다. 이 공정을 통해 다공성 합금의 인장 피로 강도가 기존 475MPa에서 978MPa로 106% 증가하여 세계 기록을 세웠습니다.

장전쥔은 이번 성과가 항공우주 및 신에너지 자동차와 같이 경량 소재가 필요한 산업에 많은 응용 분야를 제공할 수 있을 것이라고 말했습니다. 지금까지 이 소재는 덤벨 모양의 시제품 크기로만 생산되었으며, 가장 얇은 부분이 3mm로 실제 적용에는 너무 작습니다. 이 기술은 아직 실험 단계이기는 하지만, 복잡한 장치를 제조하는 데 큰 잠재력을 가지고 있습니다.

CAS에 따르면, NASA 로켓의 노즐, J-20 전투기의 기체, 중국 C919 항공기의 연료 노즐을 포함한 많은 항공우주 부품이 모두 3D 프린팅 기술을 사용하여 제작되었습니다. 앞으로 확장이 가능해지면 새로운 기술이 더 폭넓게 적용될 것입니다.

안캉 ( 테크타임스 에 따르면)

[광고2]
소스 링크