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एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग लेटर्स जर्नल में प्रकाशित एक हालिया लेख में, शोधकर्ता 316L स्टेनलेस स्टील पर आधारित तांबे के कंपोजिट के लिए लेजर पिघलने की प्रक्रिया पर चर्चा करते हैं।
अनुसंधान: लेजर पिघलने द्वारा 316L स्टेनलेस स्टील-कॉपर कंपोजिट का संश्लेषण।छवि क्रेडिट: स्टॉक में पेडल / शटरस्टॉक.कॉम
यद्यपि एक सजातीय ठोस के भीतर गर्मी हस्तांतरण फैला हुआ है, गर्मी कम से कम प्रतिरोध के पथ के साथ एक ठोस द्रव्यमान के माध्यम से यात्रा कर सकती है।धातु फोम रेडिएटर्स में, गर्मी हस्तांतरण दर को बढ़ाने के लिए तापीय चालकता और पारगम्यता की अनिसोट्रॉपी का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है।
इसके अलावा, अनिसोट्रोपिक थर्मल चालन से कॉम्पैक्ट हीट एक्सचेंजर्स में अक्षीय चालन के कारण होने वाले परजीवी नुकसान को कम करने में मदद मिलने की उम्मीद है।मिश्रधातुओं और धातुओं की तापीय चालकता को बदलने के लिए विभिन्न तरीकों का उपयोग किया गया है।इनमें से कोई भी दृष्टिकोण धातु घटकों में ताप प्रवाह के लिए दिशात्मक नियंत्रण रणनीतियों को बढ़ाने के लिए उपयुक्त नहीं है।
मेटल मैट्रिक्स कंपोजिट (एमएमसी) का उत्पादन लेजर मेल्टिंग इन पाउडर बेड (एलपीबीएफ) तकनीक का उपयोग करके बॉल मिल्ड पाउडर से किया जाता है।पीजोइलेक्ट्रिक इंकजेट तकनीक का उपयोग करके लेजर घनत्व से पहले 304 एसएस पाउडर की एक परत में येट्रियम ऑक्साइड अग्रदूतों को डोपिंग करके ओडीएस 304 एसएस मिश्र धातु बनाने के लिए हाल ही में एक नई हाइब्रिड एलपीबीएफ विधि प्रस्तावित की गई है।इस दृष्टिकोण का लाभ पाउडर परत के विभिन्न क्षेत्रों में सामग्री गुणों को चुनिंदा रूप से समायोजित करने की क्षमता है, जो आपको उपकरण की कार्यशील मात्रा के भीतर सामग्री गुणों को नियंत्रित करने की अनुमति देता है।
(ए) पोस्ट-हीटिंग और (बी) स्याही रूपांतरण के लिए गर्म बिस्तर विधि का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व।छवि क्रेडिट: मरे, जेडब्ल्यू एट अल।एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग पर पत्र।
इस अध्ययन में, लेखकों ने 316L स्टेनलेस स्टील की तुलना में बेहतर तापीय चालकता के साथ धातु मैट्रिक्स कंपोजिट के उत्पादन के लिए लेजर पिघलने की विधि का प्रदर्शन करने के लिए Cu इंकजेट स्याही का उपयोग किया।हाइब्रिड इंकजेट-पाउडर बेड फ़्यूज़न विधि का अनुकरण करने के लिए, एक स्टेनलेस स्टील पाउडर परत को तांबे के अग्रदूत स्याही के साथ डोप किया गया था और लेजर प्रसंस्करण के दौरान ऑक्सीजन के स्तर को नियंत्रित करने के लिए एक नए जलाशय का उपयोग किया गया था।
टीम ने पाउडर बेड में लेजर मिश्र धातु का अनुकरण करने वाले वातावरण में इंकजेट तांबे की स्याही का उपयोग करके तांबे के साथ 316L स्टेनलेस स्टील का मिश्रण बनाया।एक नई हाइब्रिड इंकजेट और एलपीबीएफ तकनीक का उपयोग करके रासायनिक रिएक्टरों की तैयारी जो रिएक्टर के समग्र आकार और वजन को कम करने के लिए दिशात्मक थर्मल चालन का लाभ उठाती है।इंकजेट स्याही का उपयोग करके मिश्रित सामग्री बनाने की संभावना का प्रदर्शन किया गया है।
शोधकर्ताओं ने सामग्री घनत्व, सूक्ष्म कठोरता, संरचना और थर्मल प्रसार निर्धारित करने के लिए Cu स्याही अग्रदूतों के चयन और समग्र परीक्षण उत्पादों के निर्माण प्रक्रिया पर ध्यान केंद्रित किया।ऑक्सीकरण स्थिरता, कम या कोई योजक नहीं, इंकजेट प्रिंटहेड के साथ संगतता और रूपांतरण के बाद न्यूनतम अवशेष के आधार पर दो उम्मीदवार स्याही का चयन किया गया था।
पहली CufAMP स्याही में तांबे के नमक के रूप में कॉपर फॉर्मेट (Cuf) का उपयोग किया जाता है।विनाइल ट्राइमिथाइलकॉपर (II) हेक्साफ्लोरोएसिटाइलसिटोनेट (Cu(hfac)VTMS) एक अन्य स्याही अग्रदूत है।यह देखने के लिए एक पायलट प्रयोग किया गया था कि क्या स्याही को सुखाने और थर्मल अपघटन के परिणामस्वरूप पारंपरिक सुखाने और थर्मल अपघटन की तुलना में रासायनिक उप-उत्पादों के ले जाने के कारण अधिक तांबा संदूषण होता है।
दोनों विधियों का उपयोग करके, दो माइक्रोकूपन बनाए गए और स्विचिंग विधि के प्रभाव को निर्धारित करने के लिए उनकी माइक्रोस्ट्रक्चर की तुलना की गई।500 जीएफ के भार और 15 एस के होल्डिंग समय पर, विकर्स माइक्रोहार्डनेस (एचवी) को दो नमूनों के संलयन क्षेत्र के क्रॉस सेक्शन में मापा गया था।
गर्म बिस्तर विधि का उपयोग करके निर्मित 316L SS-Cu मिश्रित नमूनों के निर्माण के लिए दोहराए गए प्रयोगात्मक सेटअप और प्रक्रिया चरणों की योजना।छवि क्रेडिट: मरे, जेडब्ल्यू एट अल।एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग पर पत्र।
यह पाया गया कि कंपोजिट की तापीय चालकता 316L स्टेनलेस स्टील की तुलना में 187% अधिक है, और सूक्ष्म कठोरता 39% कम है।माइक्रोस्ट्रक्चरल अध्ययनों से पता चला है कि इंटरफेशियल क्रैकिंग को कम करने से कंपोजिट की तापीय चालकता और यांत्रिक गुणों में सुधार हो सकता है।हीट एक्सचेंजर के अंदर दिशात्मक ताप प्रवाह के लिए, 316L स्टेनलेस स्टील की तापीय चालकता को चुनिंदा रूप से बढ़ाना आवश्यक है।कंपोजिट में 41.0 W/mK की प्रभावी तापीय चालकता है, जो 316L स्टेनलेस स्टील से 2.9 गुना अधिक है और कठोरता में 39% की कमी है।
जाली और एनील्ड 316एल स्टेनलेस स्टील की तुलना में, गर्म परत में नमूने की सूक्ष्म कठोरता 123 ± 59 एचवी थी, जो 39% कम है।अंतिम समग्र की सरंध्रता 12% थी, जो एसएस और सीयू चरणों के बीच इंटरफेस पर गुहाओं और दरारों की उपस्थिति से जुड़ी है।
हीटिंग और हीटिंग परत के बाद के नमूनों के लिए, संलयन क्षेत्र के क्रॉस सेक्शन की सूक्ष्म कठोरता क्रमशः 110 ± 61 एचवी और 123 ± 59 एचवी के रूप में निर्धारित की गई थी, जो जाली-एनील्ड के लिए 200 एचवी से 45% और 39% कम है। 316L स्टेनलेस स्टील।Cu और 316L स्टेनलेस स्टील के पिघलने के तापमान में लगभग 315°C के बड़े अंतर के कारण, Cu के द्रवीकरण के कारण द्रवीकरण दरार के परिणामस्वरूप निर्मित कंपोजिट में दरारें बन गईं।
डब्ल्यूडीएस विश्लेषण द्वारा प्राप्त नमूना हीटिंग के बाद बीएसई छवि (ऊपरी बाएं) और तत्वों का नक्शा (Fe, Cu, O)।छवि क्रेडिट: मरे, जेडब्ल्यू एट अल।एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग पर पत्र।
निष्कर्ष में, यह अध्ययन स्प्रेड कॉपर स्याही का उपयोग करके 316L SS की तुलना में बेहतर तापीय चालकता के साथ 316L SS-Cu कंपोजिट बनाने के लिए एक नया दृष्टिकोण प्रदर्शित करता है।मिश्रित को एक दस्ताने बॉक्स में स्याही डालकर और इसे तांबे में परिवर्तित करके, फिर इसके ऊपर स्टेनलेस स्टील पाउडर डालकर, फिर लेजर वेल्डर में मिलाकर और ठीक करके बनाया जाता है।
प्रारंभिक परिणाम बताते हैं कि मेथनॉल-आधारित कफ-एएमपी स्याही एलपीबीएफ प्रक्रिया के समान वातावरण में कॉपर ऑक्साइड बनाए बिना शुद्ध तांबे में विघटित हो सकती है।स्याही लगाने और परिवर्तित करने के लिए गर्म बिस्तर विधि परंपरागत पोस्ट-हीटिंग प्रक्रियाओं की तुलना में कम रिक्तियों और अशुद्धियों के साथ माइक्रोस्ट्रक्चर बनाती है।
लेखक ध्यान दें कि भविष्य के अध्ययन अनाज के आकार को कम करने और एसएस और सीयू चरणों के पिघलने और मिश्रण के साथ-साथ कंपोजिट के यांत्रिक गुणों में सुधार करने के तरीकों का पता लगाएंगे।
मरे जेडब्ल्यू, स्पीडेल ए., स्पियरिंग्स ए. एट अल।लेजर पिघलने द्वारा 316L स्टेनलेस स्टील-कॉपर कंपोजिट का संश्लेषण।एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग फैक्ट शीट 100058 (2022)।https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772369022000329
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सुरभि जैन दिल्ली, भारत में स्थित एक स्वतंत्र प्रौद्योगिकी लेखिका हैं।उसने पीएच.डी. की उपाधि प्राप्त की है।उन्होंने दिल्ली विश्वविद्यालय से भौतिकी में पीएचडी की है और कई वैज्ञानिक, सांस्कृतिक और खेल गतिविधियों में भाग लिया है।उनकी शैक्षणिक पृष्ठभूमि ऑप्टिकल उपकरणों और सेंसर के विकास में विशेषज्ञता के साथ सामग्री विज्ञान अनुसंधान में है।उन्हें सामग्री लेखन, संपादन, प्रयोगात्मक डेटा विश्लेषण और परियोजना प्रबंधन में व्यापक अनुभव है, और उन्होंने स्कोपस अनुक्रमित पत्रिकाओं में 7 शोध लेख प्रकाशित किए हैं और अपने शोध कार्य के आधार पर 2 भारतीय पेटेंट दायर किए हैं।उसे पढ़ने, लिखने, अनुसंधान और प्रौद्योगिकी का शौक है और उसे खाना बनाना, खेलना, बागवानी करना और खेलकूद पसंद है।
जैन धर्म, सुरभि.(25 मई, 2022)।लेजर पिघलने से प्रबलित स्टेनलेस स्टील और तांबे के कंपोजिट के उत्पादन की अनुमति मिलती है।अज़.25 दिसंबर, 2022 को https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59155 से लिया गया।
जैन धर्म, सुरभि."लेजर पिघलने से प्रबलित स्टेनलेस स्टील और तांबे के कंपोजिट का उत्पादन संभव हो जाता है।"अज़.25 दिसंबर 2022।25 दिसंबर 2022।
जैन धर्म, सुरभि."लेजर पिघलने से प्रबलित स्टेनलेस स्टील और तांबे के कंपोजिट का उत्पादन संभव हो जाता है।"अज़.https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59155।(25 दिसंबर, 2022 तक)।
जैन धर्म, सुरभि.2022. लेजर पिघलने द्वारा प्रबलित स्टेनलेस स्टील/तांबा कंपोजिट का उत्पादन।AZoM, 25 दिसंबर 2022 को एक्सेस किया गया, https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59155।
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