Dull Gwell o gynhyrchu Powdwr yn golygu bod modd creu rhannau Archaloi Nicel Tymheredd Uchel (H-X) heb graciau drwy Weithgynhyrchu Ychwanegion
Ffurfiwyd Sandvik Osprey Ltd. yn 1974 dan yr enw Osprey Metals Ltd gan dri o gynfyfyrwyr Prifysgol Abertawe i fasnacholi eu proses ‘Ffurfio Chwistrell’ sydd newydd ei dyfeisio ar gyfer gweithgynhyrchu aloiau â microstrwythurau wedi’u puro. Ers hynny mae wedi tyfu i fod yn arweinydd byd ym meysydd meteleg powdwr, datrysiadau aloi ehangu rheoledig, a deunyddiau presyddu uwch.
Mae Sandvik Osprey Ltd. wedi crynhoi dros 40 mlynedd o wybodaeth ym maes atomeiddio nwy; gwybodaeth y mae’n gwneud defnydd ohoni heddiw i weithgynhyrchu ystod eang o bowdwr metel ansawdd uchel gan ddefnyddio’i dechnoleg benodol ei hun. Defnyddir y powdwr metel yma mewn amrywiaeth eang o dechnolegau uwch, gan gynnwys Mowldio Chwistrell Metel (MIM), Gweithgynhyrchu Ychwanegion/Argraffu 3D (AM) a chaeniadau metalig.
Mae Sandvik Osprey Ltd. yn cynhyrchu powdwr aloi nicel tymheredd uchel (H-X) ar gyfer amrywiaeth o ddefnyddiau diwydiannol sy’n galw am berfformiad lefel uwch. Ym maes AM, fodd bynnag, mae’r defnydd o H-X wedi cael ei gyfyngu hyd yma oherwydd problemau gyda chracio poeth, sy’n digwydd yn ystod y broses toddi laser.
Penderfynodd Sandvik Osprey Ltd. gydweithio â rhaglen ASTUTE 2020 i sicrhau gwell dealltwriaeth o’r mecanweithiau sy’n rheoli cracio poeth ac i asesu gwahanol ddulliau o fynd ati i ddileu micrograciau mewn rhannau H-X â luniwyd drwy AM, gan gynnwys (1) optimeiddio cyfansoddiad yr aloi a (2) defnyddio ychwanegiadau nanoronynnau.
Bydd galluogi cynhyrchu rhannau H-X heb graciau drwy Weithgynhyrchu Ychwanegion yn agor y posibiliadau ar gyfer cymwysiadau diwydiannol newydd, a bydd hyn yn ei dro, gobeithio, yn cynyddu’r galw am bowdwr archaloi nicel o ansawdd uchel.
Heriau
Defnyddir H-X yn nodweddiadol ar gyfer gweithrediadau tyrbin nwy, cydrannau petrogemegol a strwythurol, wedi’u gweithgynhyrchu o ddeunyddiau solet neu fwrw. Ar hyn o bryd mae Sandvik Osprey Ltd. yn cynhyrchu powdwr H-X ar gyfer AM, MIM a chymwysiadau cladin sy’n galw am berfformiad lefel uwch. Byddai datblygu powdwr addas ar gyfer AM metel yn golygu bod modd gweithgynhyrchu rhannau siâp cymhleth yn uniongyrchol, e.e. cydrannau tyrbinau nwy, a byddai’n estyn yn sylweddol feysydd cymhwyso’r deunydd perfformiad uchel hwn. Fodd bynnag, oherwydd y broblem cracio poeth, nid yw H-X wedi cael ei ddefnyddio’n helaeth ar gyfer AM metel.
Datrysiad
Nod arbenigedd ASTUTE 2020 mewn Technoleg Deunyddiau Uwch oedd ymdrin â phroblem bresennol micro-graciau mewn deunydd wrth i rannau H-X gael eu hadeiladu trwy’r broses asio gwely powdwr.
Er mwyn rhoi sylw i’r broblem cracio poeth a welwyd yn AM H-X, aeth ASTUTE 2020 a Sandvik Osprey ati gyda’r dulliau technegol hyn:
- Nodweddu Asio ‘Confensiynol’ H-X gan Wely Powdwr Laser (L-PBF): Ymchwiliwyd i ficrostrwythur a phriodweddau mecanyddol (h.y. tynnol) H-X a grëwyd mewn modd L-PBF confensiynol er mwyn deall mecanwaith ffurfio craciau a dosbarthiad y craciau.
- Addasu’r powdwr H-X confensiynol gan gadw’r priodweddau mecanyddol gofynnol: O ran arbenigedd ym maes ymchwil theori nanoronynnau ym Mhrifysgol Caerdydd, mae’r rhyngweithio o ran cydrannau aloi Ni ac amrywiol nanoddeunyddiau wedi cael eu hystyried er mwyn gwerthuso ychwanegiadau posibl ar ffurf nanoronynnau.
- Optimeiddio cyfansoddiad aloiau mewn gwahanol amrywiadau H-X: Cyflawnwyd yr optimeiddio trwy fesur dwysedd cymharol samplau ciwbig gwneuthuriad L-PBF (8x8x8 mm) gan ddefnyddio dull Archimedes.
Yn arbennig, cyflawnwyd gostyngiad yn yr achosion o gracio poeth trwy’r canlynol:
- Optimeiddio’r paramedrau prosesu mewn gwahanol amrywiadau H-X.
- Optimeiddio cyfansoddiad yr aloi.
- Ychwanegu nanoronynnau addas i ddileu micro-graciau oddi mewn i weithgynhyrchu ychwanegion H-X.
Ym mhob achos, aed ati i gymharu priodweddau mecanyddol y cyflwr gwell â’r gwaelodlin cychwynnol er mwyn cadarnhau’r effaith ar berfformiad y deunydd.
Effaith
Mae optimeiddio aloi H-X cymwysiadau AM yn cefnogi uchelgeisiau twf Sandvik Osprey ym maes aloiau nicel tymheredd uchel.
Ymhlith y manteision ychwanegol oedd yn deillio o’r trefniant cydweithio roedd:
- Dealltwriaeth well o feteleg archaloi nicel.
- Mwy o arbenigedd ym maes technoleg asio Gwely Powdwr laser.
- Cyfleoedd ar gyfer ymchwil a datblygu yn y dyfodol.
Mae’r trefniant cydweithio wedi rhoi llwyfan i Sandvik Osprey gefnogi datblygiad pellach ei bortffolio o archaloiau sylfaen nicel wedi’u teilwra ar gyfer cymwysiadau AM. Mae’r trefniant cydweithio hwn wedi galluogi tîm ASTUTE 2020 i ddefnyddio’r dechnoleg nanoronynnau i ymdrin â phroblemau cracio poeth mewn archaloiau diwydiannol eraill, sydd hefyd yn gallu wynebu problemau o’r fath.
Nid oes fawr ddim dewisiadau amgen dichonadwy yn lle H-X ar gyfer tymheredd eithafol a gwrthsefyll cyrydu. Gall gweithgynhyrchu drwy AM gynyddu’r defnydd o ddeunyddiau a lleihau sgrap gweithgynhyrchu, gan arwain at welliannau i’r ôl-troed amgylcheddol cyffredinol. Trwy harneisio’r rhyddid dylunio cynyddol a geir yn sgîl gweithgynhyrchu drwy AM, mae modd gwireddu dyluniadau llosgwr newydd, lefel uwch, sy’n sicrhau gwell effeithlonrwydd o ran tanwydd, ac o ganlyniad yn lleihau allyriadau.
