बड़ी खबर! एनिग्मा, नानजिंग यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी और लिस्बन विश्वविद्यालय की संयुक्त उपलब्धि: जैव-प्रेरित कतरनदार संरचनाएँ CMT-WAAM Inconel 625 की सहयोगी ताकत और तन्यता को बढ़ाती हैं।

पारंपरिक रूप से, सीएमटी-डब्ल्यूएएएम द्वारा निर्मित इनकोनेल 625 को असमान सूक्ष्म संरचना, स्थानीय विकृति संकेंद्रण और उच्च ताकत एवं अच्छी तन्यता को एक साथ प्राप्त करने में कठिनाई जैसी चुनौतियों का सामना करना पड़ता है। इस चुनौती को दूर करने के लिए, नानजिंग विश्वविद्यालय ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के एक शोध दल ने एक जैव-प्रेरित दांतेदार संरचना डिज़ाइन रणनीति का प्रस्ताव दिया है। ज्यामितीय संरचना और सूक्ष्म संरचनात्मक विशेषताओं के सहयोगी नियंत्रण के माध्यम से, यह दृष्टिकोण सामग्री के प्रदर्शन को समान रूप से विकृति के अनुकूलन के लिए बढ़ाता है।

उपरोक्त शोध पृष्ठभूमि के आधार पर, नानजिंग विश्वविद्यालय ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के एक सहयोगी शोध दल ने, पुर्तगाल के लिस्बन विश्वविद्यालय और एनिग्मा सहित अन्य साझेदारों के साथ मिलकर, अंतरराष्ट्रीय पत्रिका 'मैटेरियल्स साइंस एंड इंजीनियरिंग ए' में एक नवीनतम शोध पत्र प्रकाशित किया है, जिसका शीर्षक है: “एक जैव-प्रेरित ज़िगज़ैग हेटेरोस्ट्रक्चर के माध्यम से सीएमटी-डब्ल्यूएएएम इनकोनेल 625 में ताकत-तन्यता सहयोग को बढ़ाना” https://doi.org/10.1016/j.msea.2026.150464इस कार्य में, नानजिंग विश्वविद्यालय ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के स्कूल ऑफ मटेरियल्स साइंस एंड इंजीनियरिंग के डॉ. शेन जियाजिया और मास्टर के छात्र हान यानजुन सह-प्रथम लेखक हैं; प्रोफेसर वांग केहोंग, प्रोफेसर झांग योंग (जो उसी स्कूल से हैं) और लिस्बन विश्वविद्यालय के प्रोफेसर जोआओ पेद्रो ओलिवेलिया सह-संबंधित लेखक हैं। यह अध्ययन जैव-प्रेरित ज़िगज़ैग हेटरोस्ट्रक्चर द्वारा सीएमटी-डब्ल्यूएएएम इनकोनेल 625 की ताकत-लचीलापन सहयोग को बढ़ाने के तंत्र को व्यवस्थित रूप से स्पष्ट करता है।

1. शोध पृष्ठभूमि और महत्व

सीएमटी-डब्ल्यूएएएम ठंडी धातु स्थानांतरण प्रक्रियाओं के कम ऊष्मा इनपुट को डब्ल्यूएएएम की उच्च निक्षेपण दक्षता के साथ जोड़ता है, जिससे बड़े पैमाने के धातु घटकों के त्वरित निर्माण के लिए यह आदर्श हो जाता है। निकल-आधारित मिश्र धातुओं जैसे इनकोनेल 625 के लिए, यह प्रौद्योगिकी निर्माण दक्षता में सुधार और उत्पादन लागत को कम करने में महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करती है।

हालांकि, वास्तविक निर्माण में, जमा प्रक्रिया के दौरान बार-बार तापीय चक्र, अंतर-परत पुनः गलन और पथ योजना संयुक्त रूप से दानों के आकार-विन्यास, क्रिस्टलोग्राफिक अभिविन्यास और स्थानीय प्रतिबल/विकृति वितरण को प्रभावित करती हैं। पारंपरिक प्रक्रिया पैरामीटर अनुकूलन पर केवल निर्भर रहने से अक्सर उच्च शक्ति और उच्च तन्यता दोनों को एक साथ प्राप्त करना कठिन हो जाता है। अतः, सूक्ष्म संरचना डिज़ाइन के माध्यम से सामग्री के विरूपण व्यवहार को सक्रिय रूप से नियंत्रित करना और विनियमित करना WAAM-निर्मित मिश्र धातुओं के समग्र प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए एक महत्वपूर्ण दृष्टिकोण बन गया है।

प्रकृति में पाए जाने वाले श्रेणीबद्ध संरचनाएँ, जैसे समुद्री कवच, हड्डियाँ और दांतेदार इंटरफेस, अक्सर "ज्यामितीय इंटरलॉकिंग, विकृति विभाजन और दरार विचलन" जैसे तंत्रों के माध्यम से उत्कृष्ट क्षति सहनशीलता प्राप्त करती हैं। इस जैव-प्रेरित डिज़ाइन दर्शन से प्रेरणा लेते हुए, इस अध्ययन में CMT-WAAM Inconel 625 में एक ज़िगज़ैग संरचना का निर्माण किया गया है, जो युगपत रूप से एडिटिव निर्मित मिश्र धातुओं की ताकत और तन्यता को बढ़ाने के लिए एक नया सूक्ष्मसंरचनात्मक डिज़ाइन दृष्टिकोण प्रदान करता है।

चित्र 1: जैव-प्रेरित ज़िगज़ैग संरचना डिज़ाइन अवधारणा का आरेख

2. प्रयोगात्मक विवरण

इस अध्ययन में, Inconel 625 मिश्र धातु के नमूनों को CMT-WAAM प्रक्रिया के माध्यम से जमा किया गया, और टूलपाथ योजना के माध्यम से एक दांतेदार संरचना का निर्माण किया गया जिसमें स्थानिक तरंगाकार उभार हैं। यह रणनीति अंतर-परतों के बीच एकल सपाट बंधन इंटरफेस को समाप्त कर देती है, और इसके बजाय दोनों स्थूल ज्यामितीय और सूक्ष्म संरचनात्मक स्तरों पर नियंत्रित संरचनात्मक इकाइयाँ बनाती है।

इनकोनेल625 मिश्रधातु की सूक्ष्मसंरचना और विशेषताओं पर संरचनात्मक डिज़ाइन के प्रभाव को व्यापक रूप से समझाने के लिए, इस अध्ययन में बहु-मापदंडीय विश्लेषण दृष्टिकोण का उपयोग किया गया है: सूक्ष्मसंरचनात्मक विकास का विश्लेषण ऑप्टिकल सूक्ष्मदर्शन, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शन और इलेक्ट्रॉन बैकस्कैटर विवर्तन जैसी तकनीकों के माध्यम से किया गया है; यांत्रिक गुणों का मूल्यांकन तन्यता परीक्षण और फ्रैक्टोग्राफिक विश्लेषण के माध्यम से किया गया है; तथा स्थानीय अभिविन्यास अंतर, विस्थापन संरचनाओं और विकृति विशेषताओं को एकीकृत करके, सामग्री में ताकत और लचीलापन के सहयोगी सुधार के अंतर्निहित तंत्र को और अधिक स्पष्ट किया गया है।

चित्र 2: निक्षेपण रणनीति

3. परिणाम एवं चर्चा

3.1 जैव-प्रेरित ज़िगज़ैग संरचना का निर्माण

पारंपरिक सीधे-पथ या एकसमान स्तरित संरचनाओं की तुलना में, जिगजैग संरचना ज्यामिति में आवर्ती मोड़ों और अंतरफलकीय तरंगों का परिचय देती है, जिससे सामग्री के भीतर विभिन्न स्थानीय विरूपण प्रतिक्रियाओं वाले क्षेत्र बनते हैं। तन्य भार के अधीन, इन विभिन्न क्षेत्रों के बीच पारस्परिक बाध्यता और सहयोगात्मक विरूपण होता है, जिससे स्थानीय विकृति संकेंद्रण को फैलाने में सहायता मिलती है।

इस संरचनात्मक डिज़ाइन की कुंजी केवल जमाव पथ को बदलना नहीं है, बल्कि पथ-प्रेरित सूक्ष्मसंरचनात्मक भिन्नताओं और ज्यामितीय तरंगों के माध्यम से विरूपण मोड को सामूहिक रूप से नियंत्रित करना है। इस प्रकार, सामग्री अपनी समग्र भार-वहन क्षमता को बनाए रखते हुए अधिक स्थिर कार्य-कठोरण व्यवहार प्राप्त कर सकती है।

3.2 सूक्ष्मसंरचनात्मक विशेषताएँ

सूक्ष्मसंरचनात्मक विश्लेषण से पता चलता है कि CMT-WAAM प्रक्रिया के दौरान ऊष्मा इनपुट, अंतर-परत पुनः गलन और पथ भिन्नताएँ समग्र रूप से दाने की आकृति तथा स्थानीय सूक्ष्मसंरचनात्मक वितरण को प्रभावित करती हैं। ज़िगज़ैग-संरचित क्षेत्रों में सूक्ष्मसंरचनात्मक अंतर विरूपण के लिए आधार प्रदान करते हैं, जिससे विरूपण प्रक्रिया के दौरान अधिक समृद्ध विकृति विभाजन और विस्थापन संचयन व्यवहार संभव हो जाते हैं।

यह ध्यान देने योग्य है कि ज़िगज़ैग संरचना का अर्थ कमज़ोर अंतरापृष्ठों का परिचय नहीं है। उचित रूप से डिज़ाइन किया गया ज़िगज़ैग अंतरापृष्ठ ज्यामितीय अंतर्लॉकिंग और सूक्ष्मसंरचनात्मक निरंतरता के माध्यम से भार स्थानांतरण क्षमता को बढ़ा सकता है, जिससे अंतरापृष्ठ पर अकाल विफलता के जोखिम में कमी आती है।

चित्र 3: जैव-प्रेरित ज़िगज़ैग संरचना में सूक्ष्मसंरचनात्मक विशेषताओं का आरेख

3.3 कमरे के तापमान पर यांत्रिक गुण

यांत्रिक गुणों के परीक्षणों से पता चलता है कि जैव-प्रेरित ज़िगज़ैग संरचना CMT-WAAM Inconel 625 की शक्ति-तन्यता सहसंयोजन को प्रभावी ढंग से बेहतर बनाती है। पारंपरिक समान संरचना की तुलना में, ज़िगज़ैग संरचना स्थानीय विकृति समन्वय और कार्य कठोरीकरण क्षमता में वृद्धि के माध्यम से प्लास्टिक अस्थिरता को देर से आने के लिए रोकती है, जिससे समग्र यांत्रिक गुणों में उत्कृष्ट सुधार होता है।

शक्ति और तन्यता का सहसंयोजी सुधार इस अध्ययन का एक मुख्य आकर्षण है। तन्य विकृति के दौरान, ज़िगज़ैग संरचना विकृति विकास पथ को बदल सकती है, जिससे सामग्री के भीतर विभिन्न क्षेत्र सामूहिक रूप से प्लास्टिक विकृति में भाग ले सकते हैं, और इस प्रकार स्थानीय क्षेत्रों में पूर्वकालिक क्षति संकेंद्रण से बचा जा सकता है।

चित्र 4: CMT-WAAM Inconel 625 में शक्ति और तन्यता का सहसंयोजी सुधार

3.4 विकृति यांत्रिकी

यांत्रिक विश्लेषण से पता चलता है कि ज़िगज़ैग संरचना एक अधिक जटिल स्थानीय विकृति वितरण को प्रेरित कर सकती है और ज़िगज़ैग संरचना के भीतर मुलायम तथा कठोर क्षेत्रों के बीच सहयोगात्मक विकृति को बढ़ावा दे सकती है। विकृति के दौरान, ज्यामितीय रूप से तरंगाकार क्षेत्रों और आसन्न सूक्ष्मसंरचनात्मक क्षेत्रों के बीच पारस्परिक बाधाएँ उत्पन्न होती हैं, जिससे विस्थानों का संचयन, पश्च-प्रतिबल द्वारा कठोरीकरण तथा कार्य कठोरीकरण क्षमता में वृद्धि सुगम हो जाती है।

यह यांत्रिकी इस सामग्री को बाह्य भार के अधीन होने पर केवल एकसमान प्लास्टिक विकृति पर निर्भर नहीं रहने देती है, बल्कि विभिन्न क्षेत्रों के सहयोगात्मक संयोजन के माध्यम से विकृति को समायोजित करने की अनुमति प्रदान करती है। इस प्रकार, सामग्री अच्छी तन्यता बनाए रखते हुए उच्च ताकत प्राप्त करती है, जो CMT-WAAM निकल-आधारित मिश्रधातुओं में संरचना एवं गुणों के एकीकृत डिज़ाइन के लिए एक महत्वपूर्ण आधार प्रदान करती है।

चित्र 5: जैव-प्रेरित ज़िगज़ैग संरचना के विकृति व्यवहार को नियंत्रित करने की यांत्रिकी का आरेख

4. निष्कर्ष

यह अध्ययन CMT-WAAM इनकोनेल 625 मिश्रधातु के निर्माण में जैव-प्रतिरूपी संरचनात्मक डिज़ाइन अवधारणा को शामिल करता है और एक दाँतेदार संरचना के माध्यम से ताकत और तन्यता के बीच सहयोग को बढ़ाने के लिए एक नई रणनीति प्रस्तावित करता है। यह रणनीति केवल प्रक्रिया पैरामीटर के अनुकूलन पर आधारित पारंपरिक दृष्टिकोण से अलग होती है, और इसके बजाय संरचनात्मक इकाइयों के डिज़ाइन के माध्यम से सामग्री के विकृति व्यवहार पर सक्रिय नियंत्रण पर जोर देती है।

शोध परिणामों से पता चलता है कि दाँतेदार संरचना स्थानीय विकृति वितरण को सुधार सकती है, विभिन्न क्षेत्रों के बीच समन्वित विकृति क्षमता को बढ़ा सकती है, और सामग्री की कार्य-कठोरण क्षमता को बढ़ा सकती है। यह तंत्र योगात्मक निर्मित मिश्रधातुओं में स्थानीयकृत विकृति सांद्रता की सामान्य समस्या को कम करने में सहायता करता है, जिससे ताकत और तन्यता के बीच एक बेहतर मेल प्राप्त किया जा सके।

यह उपलब्धि केवल WAAM निकेल-आधारित मिश्रधातुओं के कठोरीकरण यांत्रिकी पर शोध को समृद्ध नहीं करती है, बल्कि एयरोस्पेस, ऊर्जा उपकरणों और जटिल बड़े पैमाने के धातु घटकों के उच्च-प्रदर्शन योग्य योगात्मक निर्माण के लिए नए डिज़ाइन विचारों और तकनीकी संदर्भ प्रदान करती है।

5. शोधपत्र का लिंक

शोधपत्र का शीर्षक: जैव-प्रेरित ज़िगज़ैग हेटेरोस्ट्रक्चर के माध्यम से CMT-WAAM इनकोनेल 625 में ताकत-लचीलापन सहयोग को बढ़ाना

पत्रिका: सामग्री विज्ञान एवं अभियांत्रिकी A

लेखक: य.जे. हान, जे.जे. शेन, बी.एच. झांग, एस.वाई. युआन, डब्ल्यू. डॉन्ग, य. चेंग, एल.एल. वू, य. पेंग, जे.पी. ओलिवेरा, य. झांग, के.एच. वांग

DOI:

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