મોટા સમાચાર! એનિગ્મા, નાનજિંગ યુનિવર્સિટી ઓફ સાયન્સ અને ટેક્નોલોજી અને લિસ્બન યુનિવર્સિટીની સંયુક્ત સાધ્યતા: બાયોમિમેટિક સેરેટેડ સ્ટ્રક્ચર્સ CMT-WAAM Inconel 625ની સહયોગી મજબૂતી અને લચકશીલતાને વધારે છે.

પરંપરાગત રીતે, CMT-WAAM દ્વારા નિર્મિત Inconel 625 ઘણી વાર અસમાન સૂક્ષ્મસંરચના, સ્થાનિક તણાવ સાંદ્રતા અને ઉચ્ચ મજબૂતી સાથે સારો લચીલાપણો એકસાથે પ્રાપ્ત કરવાની મુશ્કેલી જેવી ચુનૌતીઓનો સામનો કરે છે. આ ચુનૌતીનું નિરાકરણ કરવા માટે, નાનજિંગ યુનિવર્સિટી ઑફ સાયન્સ એન્ડ ટેક્નોલોજીની એક ટીમે જીવનની પ્રેરણા લેતી દાંતાળું (સેરેટેડ) સંરચનાની ડિઝાઇન રણનીતિ પ્રસ્તાવિત કરી છે. ભૌમિતિક સંરચના અને સૂક્ષ્મસંરચનાની લક્ષણોને સહયોગી રીતે નિયંત્રિત કરીને, આ અભિગમ સામગ્રીના પ્રદર્શનને સમાન રીતે વિકૃતિને સમાયોજિત કરવા માટે વધારે છે.

ઉપરોક્ત સંશોધનની પૃષ્ઠભૂમિ પર આધારિત, નાનજિંગ યુનિવર્સિટી ઑફ સાયન્સ એન્ડ ટેક્નોલોજી, લિસ્બન યુનિવર્સિટી (પોર્ટુગલ) અને એનિગ્મા સહિતના ભાગીદારો સાથેની સહયોગી ટીમે અંતરરાષ્ટ્રીય જર્નલ 'મેટેરિયલ્સ સાયન્સ & એન્જીનિયરિંગ A'માં 'CMT-WAAM Inconel 625માં જીવનની પ્રેરણા લેતી ઝિગઝેગ હેટેરોસ્ટ્રક્ચર દ્વારા મજબૂતી-લચીલાપણો સહયોગને વધારવો' શીર્ષકનો સામ્પ્રતિક સંશોધન પેપર પ્રકાશિત કર્યો. https://doi.org/10.1016/j.msea.2026.150464આ કાર્યમાં, નાનજિંગ યુનિવર્સિટી ઓફ સાયન્સ એન્ડ ટેક્નોલોજીની મટીરિયલ સાયન્સ અને એન્જિનિયરિંગ સ્કૂલમાંથી ડૉ. શેન જિયાજિયા અને માસ્ટર સ્ટુડેન્ટ હાન યાનજુન સહ-પ્રથમ લેખકો છે; પ્રોફેસર વાંગ કેહોંગ, પ્રોફેસર ઝાંગ યોંગ (જે તે જ સ્કૂલમાંથી) અને લિસ્બન યુનિવર્સિટીના પ્રોફેસર જોઆઓ પેડ્રો ઓલિવેલિયા સહ-સંવાદદાતા લેખકો છે. આ અધ્યયન CMT-WAAM Inconel 625 માં બાયો-ઇન્સ્પાયર્ડ ઝિગઝેગ હેટેરોસ્ટ્રક્ચર દ્વારા શક્તિ-લચીલાપણાના સહયોગનો તંત્રને પ્રણાલીગત રીતે સ્પષ્ટ કરે છે.

1. સંશોધનનું પૃષ્ઠભૂમિ અને મહત્વ

CMT-WAAM કોલ્ડ મેટલ ટ્રાન્સફર પ્રક્રિયાઓની ઓછી ઉષ્મા ઇનપુટને WAAMની ઉચ્ચ ડિપોઝિશન કાર્યક્ષમતા સાથે જોડે છે, જેથી મોટા કદના ધાતુના ઘટકોનું ઝડપી નિર્માણ કરવા માટે તેનો ઉપયોગ આદર્શ છે. નિકેલ-આધારિત મિશ્રધાતુઓ જેવી કે Inconel 625 માટે, આ ટેક્નોલોજી ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતામાં સુધારો અને ઉત્પાદન ખર્ચમાં ઘટાડો કરવામાં મહત્વપૂર્ણ ફાયદાઓ પ્રદાન કરે છે.

જોકે, વાસ્તવિક ઉત્પાદનમાં, જમા પ્રક્રિયા દરમિયાન ઘણા ઉષ્મીય ચક્રો, અંતર્સ્તરીય પુનઃગલન અને માર્ગ આયોજન એકસાથે ધાતુના કણોની આકૃતિ, સ્ફટિકીય અભિમુખીકરણ અને સ્થાનિક તણાવ/વિકૃતિ વિતરણને પ્રભાવિત કરે છે. પરંપરાગત પ્રક્રિયા પેરામીટર વિકલ્પોના કેવળ વિશ્લેષણ પર આધારિત હોવાથી ઉચ્ચ મજબૂતી અને ઉચ્ચ લચકશીલતા બંનેને એકસાથે પ્રાપ્ત કરવો ઘણી વાર મુશ્કેલ બને છે. તેથી, સૂક્ષ્મ-રચનાત્મક ડિઝાઇન દ્વારા સામગ્રીના વિકૃતિ વર્તનને સક્રિયપણે નિયંત્રિત કરવો અને નિયામિત કરવો એ WAAM-નિર્મિત મિશ્રધાતુઓની સમગ્ર કામગીરી વધારવા માટે એક મહત્વપૂર્ણ અભિગમ બની ગયો છે.

પ્રકૃતિમાં હિયરાર્કિકલ સ્ટ્રક્ચર્સ, જેમ કે સીશેલ્સ, હાડકાં અને દાંતાળું ઇન્ટરફેસ, ઘણી વાર "જ્યામિતિય ઇન્ટરલોકિંગ, સ્ટ્રેન પાર્ટીશનિંગ અને ક્રેક ડિફ્લેક્શન" જેવી મેકેનિઝમ્સ દ્વારા ઉત્તમ ડેમેજ ટોલરન્સ પ્રાપ્ત કરે છે. આ બાયોમિમેટિક ડિઝાઇન ફિલોસોફીથી પ્રેરિત થઈને, આ અધ્યયન CMT-WAAM Inconel 625 માં ઝિગઝેગ આર્કિટેક્ચરનું નિર્માણ કરે છે, જે એડિટિવ મેન્યુફેક્ચર્ડ એલોય્સની મજબૂતી અને લચીલાપણને એકસાથે વધારવા માટે નવો માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરલ ડિઝાઇન અભિગમ પ્રદાન કરે છે.

આકૃતિ 1: બાયો-ઇન્સ્પાયર્ડ ઝિગઝેગ સ્ટ્રક્ચર ડિઝાઇન કોન્સેપ્ટનો સ્કીમેટિક

2. પ્રયોગાત્મક વિગતો

આ અધ્યયનમાં, Inconel 625 એલોયના નમૂનાઓને CMT-WAAM પ્રક્રિયા દ્વારા જમા કરવામાં આવ્યા, અને ટૂલપાથ પ્લાનિંગ દ્વારા સ્પેશિયલ અન્ડુલેશન્સ સાથેની દાંતાળું સ્ટ્રક્ચરનું નિર્માણ કરવામાં આવ્યું. આ રણનીતિ ઇન્ટરલેયર્સ વચ્ચેની એકલી સપાટ બોન્ડિંગ ઇન્ટરફેસને દૂર કરે છે, અને તેના બદલે મેક્રોસ્કોપિક જ્યામિતિય અને માઇક્રોસ્કોપિક સ્ટ્રક્ચરલ સ્તરે નિયંત્રિત કરી શકાય તેવા સ્ટ્રક્ચરલ યુનિટ્સનું નિર્માણ કરે છે.

ઇનકોનેલ625 મિશ્રધાતુની સૂક્ષ્મસંરચના અને લક્ષણો પર સંરચનાત્મક ડિઝાઇનની અસરને સંપૂર્ણપણે ઉજાગર કરવા માટે, આ અભ્યાસમાં બહુ-સ્કેલ વર્ણનાત્મક અભિગમનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે: સૂક્ષ્મસંરચનાનું વિકાસ ઑપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપી, સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી અને ઇલેક્ટ્રોન બેકસ્કેટર ડિફ્રેક્શન જેવી તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને વિશ્લેષણ કરવામાં આવે છે; યાંત્રિક ગુણધર્મોનું મૂલ્યાંકન તન્ય પરીક્ષણ અને ફ્રેક્ટોગ્રાફિક વિશ્લેષણ દ્વારા કરવામાં આવે છે; અને સ્થાનિક અભિમુખતાના તફાવતો, ડિસ્લોકેશન સંરચનાઓ અને વિકૃતિ લક્ષણોનું એકીકરણ કરીને, સામગ્રીમાં મજબૂતી અને લચકશીલતાના સહયોગી વધારાના સંબંધિત યાંત્રિક સિદ્ધાંતને વધુ સ્પષ્ટ કરવામાં આવે છે.

આકૃતિ 2: જમાવટનો રણનીતિ

3. પરિણામો અને ચર્ચા

3.1 જીવ-પ્રેરિત ઝિગ-ઝેગ સંરચનાનું નિર્માણ

પરंपरागત સીધા-માર્ગ અથવા એકસમાન સ્તરીય રચનાઓની સરખામણીમાં, ઝિગઝેગ રચના ભૌમિતિક રીતે આવર્તી વળાંકો અને સીમા સપાટીની તરંગાકારતા પ્રસ્તુત કરે છે, જેથી સામગ્રીની અંદર વિવિધ સ્થાનિક વિકૃતિ પ્રતિસાદ ધરાવતા વિસ્તારો બને છે. તન્ય ભારની હાજરીમાં, આ વિવિધ વિસ્તારો વચ્ચે પરસ્પર બંધન અને સહયોગી વિકૃતિ ઉદ્ભવે છે, જેથી સ્થાનિક તણાવ સાંદ્રતાઓનું વિસર્જન કરવામાં મદદ મળે છે.

આ રચનાત્મક ડિઝાઇનની મુખ્ય વિશેષતા માત્ર જમાવટના માર્ગને બદલવામાં નહીં, પરંતુ માર્ગ-પ્રેરિત સૂક્ષ્મ-રચનાત્મક ફેરફારો અને ભૌમિતિક તરંગાકારતા દ્વારા વિકૃતિના પ્રકારનું સાથે-સાથે નિયમન કરવામાં છે. આ રીતે, સામગ્રી કુલ ભાર-વહન ક્ષમતા જાળવી રાખતાં વિશેષ સ્થિર કાર્ય-કઠોરતા વર્તન પ્રાપ્ત કરી શકે છે.

3.2 સૂક્ષ્મ-રચનાત્મક લક્ષણો

સૂક्ष्म સંરચનાત્મક વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે CMT-WAAM પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉષ્મા ઇનપુટ, ઇન્ટરલેયર રીમેલ્ટિંગ અને પાથ વિવિધતા એકસાથે દાણાની આકૃતિ અને સ્થાનિક સૂક्ष्म સંરચનાના વિતરણને પ્રભાવિત કરે છે. ઝિગઝેગ-સંરચિત વિસ્તારોમાં સૂક्ष्म સંરચનાના તફાવતો વિકૃતિ માટેનો આધાર પ્રદાન કરે છે, જેથી વિકૃતિ પ્રક્રિયા દરમિયાન વધુ સમૃદ્ધ તણાવ વિભાજન અને ડિસ્લોકેશન સંચયના વર્તનો સાધ્ય થાય છે.

એ ધ્યાનમાં રાખવું જોઈએ કે ઝિગઝેગ સંરચના નબળી સીમાઓનું પરિચય આપતી નથી. યોગ્ય રીતે ડિઝાઇન કરેલી ઝિગઝેગ ઇન્ટરફેસ જ્યારે જ્યામિતિય ઇન્ટરલોકિંગ અને સૂક्ष्म સંરચનાની સતતતા દ્વારા લોડ ટ્રાન્સફરની ક્ષમતાને વધારે છે, ત્યારે ઇન્ટરફેસ પર પ્રારંભિક નિષ્ફળતાનો જોખમ ઘટાડે છે.

આકૃતિ 3: જીવ-પ્રેરિત ઝિગઝેગ સંરચનામાં સૂક्ष्म સંરચનાની લક્ષણોનો સંકેતાત્મક આલેખ

3.3 ઓરડાના તાપમાને યાંત્રિક ગુણધર્મો

યાંત્રિક ગુણધર્મોના પરીક્ષણો દર્શાવે છે કે જીવન-પ્રેરિત ઝિગ-ઝૅગ રચના CMT-WAAM Inconel 625ની મજબૂતી-લચકતાના સહયોગને અસરકારક રીતે સુધારે છે. પરંપરાગત એકસમાન રચનાની સરખામણીમાં, ઝિગ-ઝૅગ રચના વધુ સારી સ્થાનિક તન્યતા સંયોજન અને કાર્ય હાર્ડનિંગ ક્ષમતા દ્વારા પ્લાસ્ટિક અસ્થિરતાને વિલંબિત કરે છે, જેથી સમગ્ર યાંત્રિક ગુણધર્મોમાં ઉત્તમ પ્રદર્શન મેળવી શકાય.

મજબૂતી અને લચકતાનો સહયોગાત્મક સુધારો આ અધ્યયનનો મુખ્ય આકર્ષણનો બિંદુ છે. તન્ય વિકૃતિ દરમિયાન, ઝિગ-ઝૅગ રચના તન્યતા વિકાસના માર્ગને બદલી શકે છે, જેથી સામગ્રીના વિવિધ વિસ્તારો પ્લાસ્ટિક વિકૃતિમાં સાથે ભાગ લઈ શકે, અને આમ સ્થાનિક વિસ્તારોમાં પૂર્વકાળિક નુકસાનનું કેન્દ્રીકરણ ટાળી શકાય.

આકૃતિ 4: CMT-WAAM Inconel 625માં મજબૂતી અને લચકતાનો સહયોગાત્મક સુધારો

3.4 વિકૃતિ યાંત્રિકી

યાંત્રિક વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે ઝિગઝૅગ રચના વધુ જટિલ સ્થાનિક તણાવ વિતરણને પ્રેરિત કરી શકે છે અને ઝિગઝૅગ રચનાની અંદરના નરમ અને કઠિન વિસ્તારો વચ્ચે સહયોગી વિકૃતિને પ્રોત્સાહિત કરી શકે છે. વિકૃતિ દરમિયાન, ભૌમિતિક રીતે તરંગાકાર વિસ્તારો અને આસપાસના સૂક્ષ્મ-રચનાત્મક વિસ્તારો વચ્ચે પરસ્પર બંધનો ઉદ્ભવે છે, જેના પરિણામે ડિસ્લોકેશનનો સંચય, પાછળનો તણાવ દ્વારા મજબૂતીકરણ અને વધેલી કાર્ય કઠોરતાની ક્ષમતા સરળ બને છે.

આ યાંત્રિક પ્રક્રિયા દ્વારા સામગ્રી બાહ્ય ભારની અસર હેઠળ હોય ત્યારે ફક્ત એકસમાન પ્લાસ્ટિક વિકૃતિ પર જ આધારિત રહેતી નથી, પરંતુ ઘણા વિસ્તારોના સહયોગી સહયોગ દ્વારા વિકૃતિને સ્વીકારે છે. પરિણામે, સામગ્રી સારી લચીલાપણું જાળવી રાખે છે જ્યારે વધેલી મજબૂતી પણ પ્રાપ્ત કરે છે, જે CMT-WAAM નિકેલ-આધારિત મિશ્રધાતુઓમાં રચના અને ગુણધર્મોની એકીકૃત ડિઝાઇન માટે મહત્વપૂર્ણ આધાર પૂરો પાડે છે.

આકૃતિ 5: જીવ-પ્રેરિત ઝિગઝૅગ રચનાની વિકૃતિ વર્તનને નિયંત્રિત કરવાની યાંત્રિક પ્રક્રિયાનો સંકેતાત્મક ચિત્ર

4. નિષ્કર્ષ

આ અધ્યયનમાં બાયોમિમેટિક સ્ટ્રક્ચરલ ડિઝાઇનની પ્રક્રિયાને CMT-WAAM ઇન્કોનેલ 625 મિશ્રધાતુના ઉત્પાદનમાં દાખલ કરવામાં આવી છે અને એક નવી રણનીતિનો પ્રસ્તાવ આપવામાં આવ્યો છે જે કાંટાદાર (સેરેટેડ) સ્ટ્રક્ચર દ્વારા મજબૂતી અને લચકશીલતા વચ્ચેની સહયોગશીલતાને વધારવા માટેનો છે. આ રણનીતિ પ્રક્રિયાના પેરામીટર્સને વધુ સારા બનાવવા પર આધારિત પરંપરાગત અભિગમથી અલગ પડે છે, અને તેના બદલે સ્ટ્રક્ચરલ યુનિટ્સના ડિઝાઇન દ્વારા સામગ્રીના વિકૃતિ વર્તનને સક્રિય રીતે નિયંત્રિત કરવા પર ભાર મૂકે છે.

સંશોધનના પરિણામો સૂચવે છે કે કાંટાદાર સ્ટ્રક્ચર સ્થાનિક તણાવ વિતરણને સુધારી શકે છે, વિવિધ વિસ્તારો વચ્ચેની સંયુક્ત વિકૃતિ ક્ષમતાને વધારી શકે છે અને સામગ્રીની કાર્ય-કઠોરતા ક્ષમતાને વધારી શકે છે. આ યાંત્રિક પ્રક્રિયા એડિટિવ મેન્યુફેક્ચરિંગ દ્વારા બનાવેલી મિશ્રધાતુઓમાં સામાન્ય રીતે જોવા મળતી સ્થાનિક તણાવ કેન્દ્રીકરણની સમસ્યાને ઘટાડવામાં મદદ કરે છે, જેથી મજબૂતી અને લચકશીલતા વચ્ચે વધુ સારો સંતુલન સાધી શકાય.

આ સાધના માત્ર WAAM નિકલ-આધારિત મિશ્રધાતુઓના કઠોરીકરણ યાંત્રિકીના સંશોધનને જ સમૃદ્ધ નથી કરતી, પરંતુ એરોસ્પેસ, ઊર્જા ઉપકરણો અને જટિલ, મોટા કદના ધાતુના ઘટકોના ઉચ્ચ-પ્રદર્શન એડિટિવ મેન્યુફેક્ચરિંગ માટે નવી ડિઝાઇન વિચારધારાઓ અને તકનીકી સંદર્ભો પણ પ્રદાન કરે છે.

5. પેપરનો લિંક

પેપરનું શીર્ષક: જીવ-પ્રેરિત ઝિગઝેગ હેટેરોસ્ટ્રક્ચર દ્વારા CMT-WAAM ઇનકોનેલ 625 માં સામર્થ્ય-લચીલાપણાના સહયોગને વધારવો

જર્નલ: મટીરિયલ્સ સાયન્સ & એન્જીનિયરિંગ A

લેખક: Y.J. હાન, J.J. શેન, B.H. ઝાંગ, S.Y. યુઆન, W. ડોંગ, Y. ચેંગ, L.L. વુ, Y. પેંગ, J.P. ઓલિવેરા, Y. ઝાંગ, K.H. વાંગ

DOI:

https://doi.org/10.1016/j.msea.2026.150464