ठूलो समाचार! एनिग्मा, नानजिङ विश्वविद्यालय अफ साइन्स एण्ड टेक्नोलोजी, र लिस्बन विश्वविद्यालयको संयुक्त उपलब्धि: जैव-प्रेरित काँटेदार संरचनाहरूले सीएमटी-डब्ल्यूएएएम द्वारा निर्मित इनकोनेल ६२५ को सहयोगी शक्ति र तन्यतालाई बढाउँछन्।

परम्परागत रूपमा, सीएमटी-डब्ल्यूएएएम (CMT-WAAM) द्वारा निर्मित इनकोनेल ६२५ (Inconel 625) मा असमान सूक्ष्म संरचना, स्थानीय तनाव सान्द्रण, र उच्च शक्ति र राम्रो तन्यता दुवै प्राप्त गर्ने कठिनाई जस्ता चुनौतीहरू हुन्छन्। यो चुनौती समाधान गर्न, नानजिङ विश्वविद्यालय ऑफ साइन्स एण्ड टेक्नोलोजीको एक टोलीले जैव-प्रेरित कदमदार संरचना डिजाइन रणनीति प्रस्तावित गरेको छ। ज्यामितीय संरचना र सूक्ष्म संरचनात्मक विशेषताहरूको सहयोगी नियन्त्रण गरेर, यो दृष्टिकोणले विरूपणलाई समान रूपमा समायोजित गर्न सामग्रीको प्रदर्शनमा सुधार गर्छ।

माथिको अनुसन्धान पृष्ठभूमिमा आधारित गरी, नानजिङ विश्वविद्यालय ऑफ साइन्स एण्ड टेक्नोलोजीको एक सहयोगी टोली, जसमा लिस्बन विश्वविद्यालय (पोर्तुगल) र एनिग्मा सहितका साझेदारहरू समावेश छन्, ले अन्तर्राष्ट्रिय पत्रिका मटेरियल्स साइन्स एण्ड इन्जिनियरिङ ए (Materials Science & Engineering A) मा “सीएमटी-डब्ल्यूएएएम (CMT-WAAM) इनकोनेल ६२५ (Inconel 625) मा जैव-प्रेरित जिगज्याग हेटेरोस्ट्रक्चर (bio-inspired zigzag heterostructure) मार्फत शक्ति-तन्यता सहयोगको वृद्धि” शीर्षकमा एउटा नयाँ अनुसन्धान पत्र प्रकाशित गरेको छ। https://doi.org/10.1016/j.msea.2026.150464यस कार्यमा, नानजिंग विश्वविद्यालय अफ साइन्स एण्ड टेक्नोलोजीको स्कूल अफ मटेरियल्स साइन्स एण्ड इन्जिनियरिङबाट डा. शेन जियाजिया र मास्टर विद्यार्थी हान यानजुन सह-प्रथम लेखकहरू हुन्; प्रोफेसर वाङ केहोङ, प्रोफेसर झाङ योङ (उही स्कूलबाट) र लिस्बन विश्वविद्यालयको प्रोफेसर जोआओ पेद्रो ओलिभेरिया सह-संगत लेखकहरू हुन्। यो अध्ययनले जैव-प्रेरित जिगज्याग हेटेरोस्ट्रक्चरद्वारा सीएमटी-डब्ल्यूएएएम इनकोनेल ६२५ को शक्ति-लचकता सहयोगलाई बढाउने यान्त्रिकीलाई प्रणालीगत रूपमा व्याख्या गर्दछ।

१. अनुसन्धान पृष्ठभूमि र महत्त्व

सीएमटी-डब्ल्यूएएएमले कोल्ड मेटल ट्रान्सफर प्रक्रियाको कम ताप इनपुटलाई डब्ल्यूएएएमको उच्च निक्षेपण दक्षतासँग जोड्छ, जसले ठूला धातु घटकहरूको छिटो निर्माणका लागि यसलाई आदर्श बनाउँछ। इनकोनेल ६२५ जस्ता निकल-आधारित मिश्रधातुहरूका लागि, यो प्रविधिले उत्पादन दक्षता सुधार्ने र उत्पादन लागत घटाउने क्षेत्रमा महत्त्वपूर्ण फाइदाहरू प्रदान गर्दछ।

तथापि, वास्तविक उत्पादन प्रक्रियामा, अवसादन प्रक्रियाको समयमा बहु-तापीय चक्रहरू, अन्तर-स्तरीय पुनः गलाउने, र पथ योजना ले सँगै धानुको आकृति, क्रिस्टलोग्राफिक अभिमुखीकरण, र स्थानीय तनाव/विकृति वितरणलाई प्रभावित गर्छ। परम्परागत प्रक्रिया पैरामिटर अनुकूलनमा मात्र निर्भर हुनु अक्सर उच्च शक्ति र उच्च लचकतालाई एकै साथ प्राप्त गर्न कठिन बनाउँछ। यसैले, सूक्ष्म संरचना डिजाइन मार्फत सामग्रीको विकृति व्यवहारलाई सक्रिय रूपमा नियमन र नियन्त्रण गर्नु WAAM-निर्मित मिश्रधातुहरूको समग्र प्रदर्शन बढाउने एक महत्त्वपूर्ण दृष्टिकोण बनेको छ।

प्रकृतिमा अवस्थित श्रेणीबद्ध संरचनाहरू, जस्तै समुद्री खोलहरू, हड्डीहरू र काट्ने सीमान्तहरू, प्रायः "ज्यामितीय अन्तर्लॉकिङ, विकृति विभाजन र दरार विचलन" जस्ता तन्त्रहरू मार्फत उत्कृष्ट क्षति सहनशीलता प्राप्त गर्छन्। यो जैव-प्रेरित डिजाइन दर्शनबाट प्रेरणा लिएर, यस अध्ययनले CMT-WAAM Inconel 625 मा जिगज्याग संरचना निर्माण गरेको छ, जसले योगदान पुर्याउँछ एक नयाँ सूक्ष्मसंरचनात्मक डिजाइन दृष्टिकोणको रूपमा जुन युग्मित रूपमा संवर्धित गर्छ यान्त्रिक शक्ति र तन्यता दुवै जोडीको लागि योगदान पुर्याउँछ एडिटिभली निर्मित मिश्रधातुहरूको।

चित्र १: जैव-प्रेरित जिगज्याग संरचना डिजाइन अवधारणाको आरेख

२। प्रयोगात्मक विवरण

यस अध्ययनमा, Inconel ६२५ मिश्रधातुका नमुनाहरू CMT-WAAM प्रक्रियाद्वारा जम्मा गरिएका थिए, र औजारपथ योजना मार्फत ठाउँमा उठाउने घटनासँगै काट्ने संरचना निर्माण गरिएको थियो। यो रणनीतिले अन्तर्स्तरहरू बीचको एकल समतल बन्धन सीमान्तलाई हटाउँछ, र सट्य नियन्त्रण गर्न सकिने संरचनात्मक एकाइहरू निर्माण गर्छ जुन महास्तरीय ज्यामितीय र सूक्ष्मस्तरीय संरचनात्मक दुवै स्तरमा उपलब्ध छन्।

इनकोनेल६२५ मिश्रधातुको संरचनात्मक डिजाइनको सूक्ष्मसंरचना र विशेषतामा प्रभावलाई व्यापक रूपमा उजागर गर्न, यो अध्ययनले बहु-स्केल चरित्रीकरण दृष्टिकोण प्रयोग गर्दछ: सूक्ष्मसंरचनाको विकासलाई प्रकाश सूक्ष्मदर्शी, स्कैनिङ इलेक्ट्रन सूक्ष्मदर्शी र इलेक्ट्रन ब्याकस्क्याटर डिफ्र्याक्सन जस्ता तकनीकहरू प्रयोग गरेर विश्लेषण गरिन्छ; यान्त्रिक गुणहरूलाई तन्यता परीक्षण र भङ्ग विश्लेषण मार्फत मूल्याङ्कन गरिन्छ; र स्थानीय अभिविन्यास फरकहरू, विस्थापन संरचनाहरू र विकृति विशेषताहरूलाई एकीकृत गरेर, सामग्रीमा शक्ति र तन्यताको सहयोगी वृद्धिको अन्तर्निहित यान्त्रिकीलाई थप व्याख्या गरिन्छ।

चित्र २: निक्षेपण रणनीति

३। परिणाम र छलफल

३.१ जैव-प्रेरित जिगज्याग संरचनाको निर्माण

पारम्परिक सीधा-पथ वा एकसमान स्तरीय संरचनाहरूसँग तुलना गर्दा, जिगज्याग संरचनाले ज्यामितिमा आवर्ती घुमावहरू र सीमा सतहको तरङ्गाकार उठाव-नाचाव प्रवेश गराउँछ, जसले सामग्रीभित्र विभिन्न स्थानीय विरूपण प्रतिक्रियाहरू भएका क्षेत्रहरू सिर्जना गर्छ। तन्य भार अधीनमा, यी विभिन्न क्षेत्रहरू बीच पारस्परिक बाधा र सहयोगी विरूपण हुन्छ, जसले स्थानीय तनाव सान्द्रणहरूलाई फैलाउन मद्दत गर्छ।

यस संरचनात्मक डिजाइनको मुख्य कुरा केवल अवसादन पथ परिवर्तन गर्नु मात्र होइन, तर पथ-प्रेरित सूक्ष्मसंरचनात्मक परिवर्तनहरू र ज्यामितिक तरङ्गाकार उठाव-नाचाव मार्फत विरूपण मोडलाई सँगै नियन्त्रण गर्नु हो। यस प्रकार, सामग्रीले आफ्नो समग्र भार-वहन क्षमता कायम राख्दै अझ स्थिर कार्य-कठोरण व्यवहार प्राप्त गर्न सक्छ।

३.२ सूक्ष्मसंरचनात्मक विशेषताहरू

सूक्ष्म संरचनात्मक विश्लेषणले देखाउँछ कि CMT-WAAM प्रक्रियाको समयमा ताप प्रविष्टि, अन्तर-पर्त पुनः गलन र पथ परिवर्तनहरूले सँगै कण आकृति र स्थानीय सूक्ष्म संरचनाको वितरणमा प्रभाव पार्छन्। जिगज्याग-संरचित क्षेत्रहरूमा भएको सूक्ष्म संरचनात्मक फरकले विकृति गर्ने आधार प्रदान गर्छ, जसले विकृति प्रक्रियाको समयमा अधिक समृद्ध तनाव विभाजन र विस्थापन संचय व्यवहारहरू सम्भव बनाउँछ।

यो उल्लेखनीय छ कि जिगज्याग संरचनाले दुर्बल अन्तरापृष्ठहरूको प्रविष्टि नै जनाउँदैन। उचित रूपमा डिजाइन गरिएको जिगज्याग अन्तरापृष्ठले ज्यामितीय अन्तर्लॉकिङ र सूक्ष्म संरचनात्मक निरन्तरताको माध्यमबाट भार स्थानान्तरण क्षमता बढाउन सक्छ, जसले अन्तरापृष्ठमा पूर्व-समयको विफलताको जोखिम घटाउँछ।

चित्र ३: जैव-प्रेरित जिगज्याग संरचनामा सूक्ष्म संरचनात्मक विशेषताहरूको आरेख

३.३ कोठाको तापमानमा यान्त्रिक गुणहरू

यान्त्रिक गुणहरूको परीक्षणले देखाउँछ कि जैव-प्रेरित जिगज्याग संरचना CMT-WAAM Inconel 625 को शक्ति-तन्यता सहसंयोजनलाई प्रभावकारी रूपमा सुधार गर्छ। परम्परागत समान संरचनाको तुलनामा, जिगज्याग संरचनाले स्थानीय तनाव समन्वय र कार्य कठोरीकरण क्षमतामा वृद्धि गरेर प्लास्टिक अस्थिरतालाई ढिला गर्छ, जसले गर्दा समग्र यान्त्रिक गुणहरूमा उत्कृष्ट प्रदर्शन हुन्छ।

शक्ति र तन्यताको सहसंयोजी सुधार यस अध्ययनको मुख्य विशेषता हो। तन्य विकृति को समयमा, जिगज्याग संरचनाले तनाव विकासको पथलाई परिवर्तन गर्न सक्छ, जसले गर्दा सामग्रीका विभिन्न क्षेत्रहरूले संयुक्त रूपमा प्लास्टिक विकृतिमा सहभागी हुन सक्छन्, जसले स्थानीय क्षेत्रहरूमा पूर्व-समयको क्षतिको केन्द्रीकरण बाट बच्न मद्दत गर्छ।

चित्र ४: CMT-WAAM Inconel ६२५ मा शक्ति र तन्यताको सहसंयोजी सुधार

३.४ विकृति यान्त्रिकी

यान्त्रिक विश्लेषणले देखाउँछ कि जिगज्याग संरचनाले स्थानीय तनाव वितरणको अधिक जटिलता पैदा गर्न सक्छ र जिगज्याग संरचनाभित्रका मृदु र कठोर क्षेत्रहरूबीच सहयोगी विकृति प्रवर्धन गर्न सक्छ। विकृति भएको समयमा, ज्यामितिक रूपमा तरङ्गित क्षेत्रहरू र निकटवर्ती सूक्ष्मसंरचनात्मक क्षेत्रहरूबीच पारस्परिक बाधा हुन्छ, जसले डिस्लोकेशन संचय, ब्याक-स्ट्रेस द्वारा कडा हुने क्षमता र वृद्धि भएको काम कडा हुने क्षमतालाई सुविधाजनक बनाउँछ।

यो यान्त्रिक प्रक्रियाले सामग्रीलाई बाह्य भार लागेको अवस्थामा एकरूप प्लास्टिक विकृतिमा मात्र निर्भर नराखी विभिन्न क्षेत्रहरूको सहयोगी सहयोगद्वारा विकृति समायोजन गर्न सक्छ। नतिजाको रूपमा, सामग्रीले राम्रो तन्यता कायम राख्दै बढी शक्ति प्राप्त गर्छ, जसले CMT-WAAM निकल-आधारित मिश्रधातुहरूमा संरचना र गुणहरूको एकीकृत डिजाइनको लागि महत्वपूर्ण आधार प्रदान गर्छ।

चित्र ५: जैव-प्रेरित जिगज्याग संरचनाको विकृति व्यवहार नियन्त्रण गर्ने यान्त्रिक प्रक्रियाको आरेख

४। निष्कर्ष

यो अध्ययनले CMT-WAAM Inconel 625 मिश्रधातुको निर्माणमा जैव-प्रतिरूपी संरचनात्मक डिजाइनको अवधारणालाई समावेश गर्दछ र एक दाँताले भएको संरचना मार्फत शक्ति र लचकको बीचको सहयोगलाई बढाउने एक नयाँ रणनीति प्रस्तावित गर्दछ। यो रणनीति प्रक्रिया प्यारामिटरहरूको अनुकूलनमा मात्र आधारित पारम्परिक दृष्टिकोणबाट फाट्छ, र संरचनात्मक एकाइहरूको डिजाइन मार्फत सामग्रीको विकृति व्यवहारलाई सक्रिय रूपमा नियन्त्रण गर्ने माथि जोर दिन्छ।

अनुसन्धानका नतिजाहरूले देखाएको छ कि दाँताले भएको संरचनाले स्थानीय तनाव वितरण सुधार गर्न सक्छ, विभिन्न क्षेत्रहरू बीचको समन्वित विकृति क्षमता बढाउन सक्छ, र सामग्रीको कार्य-कठोरता क्षमता बढाउन सक्छ। यो यान्त्रिक प्रक्रियाले सामान्यतया योगदान गर्ने समस्या—जोडिएको निर्माण गरिएका मिश्रधातुहरूमा स्थानीय तनावको केन्द्रीकरण—लाई कम गर्न मद्दत गर्दछ, जसले गर्दा शक्ति र लचकको बीचमा राम्रो समायोजन प्राप्त गर्न सकिन्छ।

यो उपलब्धि केवल WAAM निकेल-आधारित मिश्रधातुहरूका कठोरता बढाउने यान्त्रिकीमा अनुसन्धानलाई समृद्ध बनाउँदैन, तर एरोस्पेस, ऊर्जा उपकरणहरू र जटिल ठूला धातु घटकहरूको उच्च प्रदर्शन योग्य एडिटिभ मैन्युफैक्चरिङ्का लागि नयाँ डिजाइन विचारहरू र प्राविधिक सन्दर्भहरू पनि प्रदान गर्दछ।

५। पेपर लिङ्क

पेपरको शीर्षक: जैव-प्रेरित जिगज्याग हेटेरोस्ट्रक्चर मार्फत CMT-WAAM इनकोनेल ६२५ मा शक्ति-लचकताको सहयोगलाई बढाउने

जर्नल: सामग्री विज्ञान र इन्जिनियरिङ्ग A

लेखक: य.जे. हान, जे.जे. शेन, बी.एच. जाङ, एस.वाई. युआन, डब्ल्यू. डोङ, य. चेङ, एल.एल. वू, य. पेङ, जे.पी. ओलिभेरा, य. जाङ, के.एच. वाङ

DOI:

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