GOALI: Influence of Length-Scale on Diffusion During FAST (Field-Assisted Sintering Technology)

目标:FAST(场辅助烧结技术)过程中长度尺度对扩散的影响

基本信息

  • 批准号:
    1400268
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 35万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-07-01 至 2016-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Titanium and its alloys represent an important family of materials providing energy efficiency along with mechanical and environmental advantages but have seen only limited application primarily due to the high cost of production. Electric field-assisted sintering technology, sometimes called spark plasma sintering, is a novel process for the consolidation of powders or particulates that offers cost advantages over conventional approaches. The team of this Grant Opportunity for Academic Liaison with Industry (GOALI) project will contribute to the fundamental understanding of molecular diffusion behavior during field-assisted sintering for titanium and titanium powders that will enable cost-effective manufacturing of these materials while maintaining material attributes such as high strength, low density and environmental inertness. The findings will impact both the automotive and aerospace industries. The collaborative university-industry research team will educate university students as well as provide outreach activities to attract high school students to engineering careers.Availability of diffusion data in multicomponent systems has been scarce due to the complexity of diffusion analyses and the dependence of interdiffusion coefficients on composition. This has prevented accurate modeling of the kinetics of sintering for ternary or higher order systems encountered in commercially important materials. The research team will generate ternary interdiffusion coefficients for titanium-aluminum-niobium systems, an important material system for automotive and aerospace applications. In the presence of an electric field during field-assisted sintering, the phase equilibrium can be altered giving rise to new phases or eliminating certain phases during processing. The effects of an imposed electric field and microstructural length scale will be assessed through a set of experiments and simulations that will provide insight into the thermodynamics and kinetics of the interdiffusion and phase equilibria/transformation for the chosen material system. With this insight, titanium alloys can be designed and manufactured with desired properties at lower cost than is available today.
钛及其合金代表了一个重要的材料家族,可提供能源效率以及机械和环境优势,但仅由于生产成本高而看到有限的应用。 电场辅助烧结技术有时称为Spark等离子体烧结,是整合粉末或颗粒物的新过程,该过程比传统方法具有成本优势。 这个与工业联络人(Goali)项目的赠款机会的团队将有助于对钛和钛粉的现场辅助烧结期间对分子扩散行为的基本了解,这将促进这些材料的成本效益的制造,同时保持材料属性,例如高强度,低密度,低密度和环境惯性。 这些发现将影响汽车和航空航天行业。合作的大学 - 行业研究团队将教育大学生,并提供外展活动,以吸引高中生从事工程职业。由于扩散分析的复杂性以及跨iffusion ifeflusion系数的依赖性,多组分系统中的扩散数据的可用性很少。 这阻止了对商业重要材料中遇到的三元或高阶系统烧结动力学的准确建模。 研究小组将生成钛 - 铝氮化物系统的三元扩散系数,这是一种用于汽车和航空航天应用的重要材料系统。 在现场辅助烧结期间存在电场的情况下,可以改变相平衡,从而导致新阶段或消除加工过程中的某些相。将通过一组实验和模拟来评估施加的电场和微结构长度量表的影响,这些实验和模拟将洞悉所选材料系统的扩散和相位平衡/转换的热力学和动力学。有了这种见解,钛合金可以以比当今可用的价格低的成本设计和制造所需的特性。

项目成果

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