En el futuro, Se pueden fabricar nuevas aleaciones de diseño para aplicaciones aeroespaciales utilizando el proceso de fusión por láser 3-D (fabricación aditiva). El trabajo pionero en este campo fue proporcionado por el investigador de Empa, Christoph Kenel, que trabaja hoy en la Northwestern University (Chicago). Empa le otorga el Premio a la Investigación 2017.

Las aleaciones de titanio y aluminio combinan baja densidad, alta resistencia y resistencia a la oxidación a temperaturas elevadas y, por lo tanto, son de gran relevancia técnica, p. en ingeniería aeroespacial. El objetivo de la tesis doctoral premiada de Christoph Kenel era desarrollar una nueva aleación de aluminuro de titanio (TiAl), especialmente para su uso en tecnologías de fabricación aditiva basadas en haces, e incluir dispersoides de óxido de tamaño nanométrico para mejorar sus propiedades mecánicas a alta temperatura. La investigación de Christoph Kenels fue supervisada por Christian Leinenbach en el laboratorio de Procesamiento Avanzado de Materiales de Empa.

El tema es muy desafiante, dado que las aleaciones de TiAl son inherentemente frágiles a temperatura ambiente, y las condiciones de solidificación rápida durante AM pueden conducir a secuencias de transformación de fase complejas, Segregación pronunciada de elementos y agrietamiento. Las aleaciones reforzadas por dispersión de óxido (ODS) son una clase de materiales que ofrecen una combinación inigualable de deformación, arrastrarse-, engrosamiento, oxidación y resistencia a la corrosión a temperaturas de hasta 1, 000 ° C.

Aleaciones no factibles por fundición clásica

Sin embargo, la fabricación de componentes que utilizan aleaciones de SAO está actualmente sujeta a graves obstáculos económicos y técnicos. La sabiduría convencional es que la pulvimetalurgia clásica es el único método disponible para crear aleaciones de SAO a partir de polvos a los que se agregaron óxidos mediante molienda de bolas en un proceso de estado sólido puro:si estos polvos compuestos se derritieran, sus dispersoides de óxido se pierden a través de uno o más de engrosamiento, disolución, la aglomeración en el espacio interdendrítico y la flotación hasta la superficie del lingote ("escoria"), por lo que el procesamiento de ODS TiAl es una tarea realmente exigente.

El Dr. Kenel decidió adoptar un enfoque novedoso para desarrollar una aleación de TiAl específicamente para el proceso de fabricación aditiva (AM). En general, los parámetros de procesamiento de AM están optimizados para un material dado de una manera de prueba y error, pero se sabe que este enfoque a menudo falla. Considerando los dispersoides de óxidos, Kenel y sus colegas plantearon la hipótesis de que la AM basada en láser se puede utilizar con éxito para crear muestras a granel a partir de polvos que contienen óxido disperso. ya que el tiempo de fusión muy corto y la solidificación muy rápida mantendrían los dispersoides de óxido bien dispersos dentro de los granos de aleación.

En su trabajo, El Dr. Kenel utilizó métodos computacionales (termodinámica computacional, métodos de elementos finitos) para simular las transformaciones de fase en aleaciones binarias Ti-Al y ternarias Ti-Al-Nb y Ti-Al-Mo, respectivamente, durante las condiciones muy especiales de calefacción y refrigeración durante la mañana. Luego desarrolló nuevos experimentos sofisticados que incluyen métodos de micro difracción de rayos X de sincrotrón in situ durante el calentamiento por láser, permitiéndole estudiar sistemáticamente la formación de fase y microestructura en aleaciones seleccionadas en condiciones de AM bien definidas y simuladas con una resolución temporal sin precedentes. Esto no se ha hecho antes.