New Chemistries for Metal Matrix Composites

金属基复合材料的新化学物质

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2021-02386
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.62万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2021-01-01 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

In this research program new synthesis methods will be used to enable new bulk and surface chemistries of alloys and metal matrix composites (MMCs) made by laser powder bed fusion (LPBF). In the LPBF method, metal parts are essentially 3D printed with a laser from metal powders, allowing the creation of metal parts with complex shapes and with properties not otherwise attainable. However, the composition of LPBF parts is limited by the spray atomization method used to make metal powders. In addition, although highly desirable, the surface chemistry of Al makes Al-based alloys amongst the most difficult to process by LPBF. New chemistries are required to solve these issues. It would also be highly desirable to make LPBF parts from metal matrix composites (MMCs), in which reinforcing ceramic particles are incorporated in the alloy. MMCs are highly useful for lightweight structural components to increase fuel economy in aircraft and automobiles. However, MMCs are generally incompatible with LPBF methods. In this research program new synthesis methods will be used to significantly increase the chemical compositions of alloys obtainable by the LPBF method. This research is enabled by dry particle microgranulation, recently developed in the Obrovac lab, which can convert ball milled powders into smooth, spherical powders with morphologies that are compatible with LPBF. In addition, surface coatings, internal composition gradients and even ceramic reinforcing particles may be introduced into the particles. This enables a wide variety of alloy matrix chemistries, surface chemistries and reinforcing chemistries to be used in LPBF, further enabling new MMCs to be made by this process. The precise control of particle morphology, independent of particle composition, also allows fundamental studies of the chemistry of the LPBF process. These new methods have never been applied to the synthesis of alloys. This research program will combine bulk alloy chemistry, surface chemistry, alloy synthesis, and nano-scale particle design, giving students a rich and valuable training experience. Outcomes of this research program are the production of new alloy parts using compositions and microstructures that have been otherwise hindered because of cost, poor particle flow characteristics or safety issues. This could greatly benefit the environment and Canadian automotive and aerospace industries by providing inexpensive and lightweight high strength parts; thereby reducing cost, improving fuel economy and improving the range of EVs.
在此研究计划中,新的合成方法将用于实现通过激光粉末床融合(LPBF)制造的合金和金属基质复合材料(MMC)的新散装和表面化学。在LPBF方法中,金属零件基本上是用金属粉末的激光打印的3D,从而可以创建具有复杂形状的金属零件,并且具有其他其他属性。但是,LPBF零件的组成受到用于制造金属粉末的喷雾雾化方法的限制。此外,尽管非常理想,但Al的表面化学使LPBF最难处理的基于Al的合金。需要新的化学问题来解决这些问题。也需要从金属基质复合材料(MMC)制成LPBF零件,其中合金中掺入了加固的陶瓷颗粒。 MMC对于轻质结构组件非常有用,可以增加飞机和汽车的燃油经济性。但是,MMC通常与LPBF方法不兼容。在该研究计划中,新的合成方法将用于显着增加通过LPBF方法获得的合金的化学成分。这项研究是由最近在Obrovac Lab中开发的干颗粒微生物来实现的,该实验室可以将铣削的粉末转化为具有与LPBF兼容的形态的光滑的球形粉末。另外,表面涂层,内部组成梯度甚至陶瓷加固颗粒都可能被引入颗粒中。这使得可以在LPBF中使用多种合金基质化学,表面化学和增强化学物质,从而进一步可以通过此过程制作新的MMC。与粒子组成无关的粒子形态的精确控制还允许对LPBF过程的化学性质进行基础研究。这些新方法从未应用于合金的合成。该研究计划将结合散装合金化学,表面化学,合金合成和纳米级粒子设计,为学生提供丰富而宝贵的培训经验。该研究计划的结果是使用构图和微观结构生产新的合金零件,这些零件因成本,粒子流量差或安全性问题而受到阻碍。这可以通过提供廉价且轻巧的高强度零件来极大地使环境和加拿大汽车和航空航天行业受益;从而降低成本,改善燃油经济性并改善电动汽车的范围。

项目成果

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