研究者らは、より少ない炭素でより多くの電力を生成する新しい 3D プリント超合金を開発

サンディア国立研究所の研究者らは、米国エネルギー省の国立研究所であるエイムズ国立研究所、および分子および材料研究用の科学機器の米国メーカーであるブルカー社と協力して、Laser Engineered Net Shaping (LENS) を使用した 3D プリント超合金を開発しました。機械。 この新しい 3D プリント超合金は、炭素排出量を減らしながら、より多くの電力を生成できます。

この合金は複雑な構造をしており、温度に影響されずに 800 °C までの高い硬度を実現できました。

「私たちは、この材料がこれまでは得られなかった高強度、軽量、高温弾性の組み合わせにアクセスできることを示しています。 これを達成できた理由の一部は積層造形アプローチによるものだと考えています。」

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3D プリントされた超合金は、ガスタービン機械で使用されている現在の最先端の材料よりも強く、軽量になる珍しい組成で研究者によって作成されました。 この発見は、エネルギー、航空宇宙、自動車産業に広範な影響を与える可能性があり、まだ発見されていない新しい種類の同様の合金を示唆しています。

この発見は、エネルギー、航空宇宙、自動車産業で幅広い用途を持つ、これまで知られていなかったクラスの合金を示しています。

新しい超合金の組成は、アルミニウム 42%、チタン 25%、ニオブ 13%、ジルコニウム 8%、モリブデン 8%、タンタル 4% です。 研究チームによる実験では、他の超合金よりも摂氏800度（華氏1,472度）での強度が高く、室温まで冷却した後でも強度が維持されることが示された。

この研究結果は、エネルギー以外の業界にも恩恵をもたらす可能性がある。 航空宇宙研究者は、高温に耐えられる軽量素材を探しています。 さらに、エイムズ研究所の科学者ニック・アージベイ氏は、エイムズとサンディアは業界と協力して、このような合金を自動車産業でどのように使用できるかを研究していると述べた。

「エイムズ研究所が主導した電子構造理論により、これらの有用な特性の原子起源を理解することができました。私たちは現在、製造と拡張性の課題に対処するためにこの新しいクラスの合金を最適化する過程にあります。」

極度の熱でも強度を保つ軽量材料は航空宇宙の専門家からも求められているため、今回の発見はエネルギー分野だけでなく役立つ可能性がある。 エイムズ氏とサンディア氏は企業と協力して、これらの合金を自動車産業でどのように使用できるかを調査している。

この新しい研究は、3D プリントを使用して新しい材料を迅速かつ効果的に作成する方法を示しています。 サンディアのチームメンバーは 3D プリンターを使用して金属粉末を素早く融合し、サンプルを作成しました。

単一金属が材料の半分以上を占めることはないため、サンディアの発明は合金の製造方法に根本的な変化をもたらしました。 一方、鋼は主に鉄 (その約 98% が鉄) と炭素や他の材料が混合されたもので構成されています。

研究チームは現在、最先端のコンピューターモデリングアプローチが、積層造形に適した新しい種類の超合金となる可能性のあるより多くのメンバーの発見に役立つかどうかを検討している。

今後、研究者らは、高度なコンピューターモデリング技術が、新しい種類の高性能な積層造形を推進する超合金となる可能性のあるものをより多く発見するのに役立つかどうかを確認したいと考えている。

アンドリュー・クスタス氏は、今後は課題が待ち受けていると強調した。 まず、微細な亀裂を生じさせずに新しい 3D プリント超合金を大量に製造するのは難しい可能性があり、これは積層造形における一般的な課題です。 同氏はまた、合金の製造に使用される材料は高価であるとも述べた。 その結果、この合金はコストが主な関心事である消費財には適さない可能性があります。

エネルギー省とサンディアの研究所主導型研究開発プログラムがこの研究に資金を提供した。