Từ trước đến nay, các nhà luyện kim luôn xem sắt như “kẻ phá hoại” trong hợp kim nhôm. Chỉ một lượng nhỏ sắt lẫn vào cũng đủ khiến nhôm trở nên giòn, dễ nứt gãy và mất khả năng chống ăn mòn. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tại Đại học Nagoya, Nhật Bản vừa phá vỡ định kiến này bằng công nghệ in 3D kim loại hiện đại, tạo ra một thế hệ hợp kim nhôm hoàn toàn mới, bền hơn, chịu nhiệt tốt hơn và thân thiện với môi trường hơn.
Theo giáo sư Naoki Takata, người dẫn đầu nghiên cứu, nhóm đã phát triển thành công dòng hợp kim nhôm mới kết hợp sắt, mangan và titan, tận dụng khả năng làm nguội siêu tốc của kỹ thuật in 3D bằng laser. Khi in 3D, kim loại nóng chảy được làm lạnh chỉ trong vài giây, khiến các nguyên tử sắt không kịp kết tinh theo cấu trúc dễ gây giòn mà thay vào đó hình thành các vi cấu trúc hoặc nano cấu trúc tăng cường độ bền.
Kết quả là, thay vì làm suy yếu nhôm, sắt trở thành nguyên tố then chốt giúp vật liệu mới vừa chắc chắn lại vừa đàn hồi, thậm chí duy trì tính chất cơ học ưu việt ở nhiệt độ lên tới 300 độ C - điều mà nhôm truyền thống hoàn toàn không làm được.
Loại hợp kim mới không chỉ vượt trội về tính năng mà còn mang lại nhiều lợi ích thực tiễn, dễ in 3D hơn so với hợp kim nhôm cường độ cao truyền thống, ít bị nứt trong quá trình chế tạo, đồng thời sử dụng những nguyên tố rẻ, phổ biến và dễ tái chế.
Đây là điểm cộng cực lớn cho ngành công nghiệp ô tô và hàng không, nơi luôn khát vật liệu nhẹ nhưng chịu nhiệt cực tốt để chế tạo động cơ và tua-bin. Những động cơ nhẹ hơn, hoạt động ở nhiệt độ cao hơn sẽ giúp tiết kiệm nhiên liệu, giảm phát thải và tăng tuổi thọ vận hành.
Công trình này không chỉ dừng lại ở vật liệu mới, mà còn mở ra một phương pháp thiết kế vật liệu hoàn toàn mới cho lĩnh vực in 3D kim loại. Theo nhóm nghiên cứu, nguyên lý lựa chọn nguyên tố và kiểm soát vi cấu trúc thông qua làm nguội siêu tốc có thể áp dụng cho nhiều loại kim loại khác, tạo tiền đề cho thế hệ vật liệu thế kỷ 21.
Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Communications ngày 15/12, được giới chuyên môn đánh giá là một bước ngoặt trong luyện kim và công nghệ sản xuất bằng in 3D.
Vu Lam
Theo Interesting Engineering
