第三十二卷 第五期 - 2020年七月十七日 PDF
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金屬3D列印航太引擎之領頭羊:鎳基超合金應用技術
洪飛義1,*、趙俊任1、呂健生1
1 國立成功大學材料科學與工程學系
 
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實驗室為國內3D金屬列印鎳合金之前驅研究團隊,因為航太引擎加工性具有高難度,且引擎高溫性能評估也非普通實驗室能夠勝任,因此洪飛義教授團隊成功利用3D金屬列印技術打造鎳合金航太引擎部件,並進行高溫機械性質及抗顆粒沖蝕磨耗特性調查,研發成果具體豐富,不單單可應用於航太工業,亦可導入晶圓生產的電熱系統。
  鎳合金是高溫材料也具有耐腐蝕能力,可廣泛應用在高溫產品,如引擎、發動機、渦輪、鍋爐等,所以鎳合金是昂貴航太材料。再者,鎳合金有優異機械性質,一般夾治具無法試驗與檢驗鎳合金材料。值得注意的是,成大材料系具有全國少有之高溫拉伸設備 (溫度可達700 °C)及高溫特性調查能力,足以模擬發動機渦輪實際應用情形。
  鎳合金化學組成複雜,不論是鑄造成型與鍛造成型都具有一定瓶頸,而且材料亦需經過熱處理才能有足夠強度與硬度,以滿足航太工業應用等級。所以要控制鎳合金具有怎樣的結晶特性是非常關鍵的技術議題,而且也只有材料系實驗室可以有系統掌握。
    考慮航太推進器應用,成大列印的鎳合金引擎葉片也利用顆粒沖蝕試驗加以評估引擎葉片的磨耗行為,經過團隊努力確認了二大論點: 1) 3D金屬列印鎳合金葉片具有優異耐磨耗性, 2) 鎳合金葉片遭受顆粒撞擊後,材料會誘發相變態行為使得表面硬度愈來愈硬,這機制的發表也是重要里程碑。
    成大是全球少數跨進3D列印鎳合金的團隊,也是全世界第一個發表3D列印鎳合金磨耗特性SCI論文的團隊,就金屬領域與航太工業而言,值得喝采。

圖1. 3D列印鎳合金試片照片。


圖2. 3D列印鎳合金受顆粒沖蝕後次表面形貌變化。


圖3. 沖蝕顆粒撞擊試片硬度提升示意圖。
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