PITTSBURGH (25 juni 2021) … CALPHAD (CALculation of PHAse Diagrams) is een van de genomische toolkits voor materiaalontwerp en wordt recentelijk veel gebruikt in legeringsinnovatie, keramisch ontwerp, verwerkingsoptimalisatie en microstructuurtechniek. De krachtige, tijdbesparende mogelijkheden zijn een ongelooflijke hulpbron voor thermodynamisch onderzoek, vooral voor de ontwikkeling van nieuwe functionele legeringen.

Het gebruik van CALPHAD om legeringen uit de 21e eeuw te helpen identificeren is de focus van Wei Xiong van de Universiteit van Pittsburgh, die in juni de eerste CALPHAD Young Leader Award ontving tijdens de 50e jaarlijkse CALPHAD Global-conferentie (CALPHAD Global).

“Ik ben vereerd dat ik de eerste CALPHAD Young Leader Award heb ontvangen en ben mijn collega’s en vrienden dankbaar voor hun eindeloze steun en begeleiding”, zegt Xiong, assistent-professor werktuigbouwkunde en materiaalkunde aan de Swanson School of Engineering van de Universiteit van Pittsburgh. “Ik kijk ernaar uit om de Young Calphadian Workshop te organiseren tijdens de volgende CALPHAD-jaarvergadering in Zweden.”

De CALPHAD Young Leader Award wordt door de CALPHAD-adviescommissie uitgereikt aan een onderzoeker jonger dan 40 jaar die blijk heeft gegeven van hoge prestaties en actieve deelname aan de CALPHAD-gemeenschap, evenals van sterke leiderschapsvaardigheden. Zelfnominatie is niet toegestaan.

Naast de CALPHAD-onderscheiding ontvingen Xiong en afgestudeerde student Liangyan Hao de Best Paper Award van de Alloy Phase Diagram International Commission (APDIC). De publicatie ‘An evaluatie of the Mn-Ga system: Phase diagram, crystal structure, magnetism, and thermodynamic Properties’ (DOI: 10.1016/j.calphad.2019.101722) werd geselecteerd als het best gepubliceerde manuscript over de thermodynamica van materialen uit alle tijdschriften. in 2020.

Volgens Xiong is de fundamentele thermodynamica van de Ga-Mn (Gallium-Mangaan) legeringen belangrijk voor toepassingen in magneten, spintronische apparaten, halfgeleiders, enz., Maar verschillen tussen beschikbare Ga-Mn-fasediagrammen kunnen onderzoek belemmeren. Door middel van uitgebreide en kritische beoordelingen stelden Xiong en Hao een nieuw fasediagram voor het Ga-Mn-systeem voor ter ondersteuning van toekomstige thermodynamische modellering en ontwerp van nieuwe functionele legeringen. Hun publicatie werd gefinancierd door de National Science Foundation als onderdeel van het project "Mechanismen van hiërarchische microstructuurvorming onder snelle stolling van functionele Heusler-legeringen" (NSF DMR 1808082).

Xin Wang, een andere afgestudeerde student van Xiong in zijn Physical Metallurgy and Materials Design Laboratory, ontving ook de Best Poster Award voor zijn op CALPHAD gebaseerde Integrated Computational Materials Engineering (ICME)-werk over 'Uncertainty Quantification of Alloy Powder for Additive Manufacturing'. Dit onderzoek richtte zich op het oplossen van een cruciaal probleem tijdens de poederproductie voor additieve productie: de samenstelling van voorgelegeerde poeders wijkt vaak af van de beoogde samenstelling, wat leidt tot ongewenste eigenschappen en mislukte opbouw.

In dit werk voltooide Wang een simulatie met hoge doorvoer voor het voorspellen van kritische eigenschappen, zoals vloeigrens, impactovergangstemperatuur en printbaarheid. Vervolgens stelde hij een geoptimaliseerde legeringssamenstelling voor die een kans van bijna 100 procent biedt om de succesvolle component voor additieve productie te maken. De gepresenteerde strategie is algemeen en kan worden toegepast op andere optimalisaties van de legeringssamenstelling om de keuzes van legeringen voor additieve productie uit te breiden.

###

Financiële steun voor dit onderzoek komt van het Office of Naval Research (ONR) Additive Manufacturing Alloys for Naval Environments (AMANE) programma (Contractnr.: N00014-17-1-2586 Integrated Computational Materials Design for Additive Manufacturing of High-Strength Steels used in maritieme omgevingen). Dit onderzoeksproject heeft tot nu toe vijf artikelen met een hoge impact gepubliceerd:

– Xin Wang, Wei Xiong, “Uncertainty Quantification and Composition Optimization for Alloy Additive Manufacturing Through A CALPHAD-based ICME Framework”, npj Computational Materials, nature publishing group, 6 (2020) 188. https://doei.org /10.1038 /s41524-020-00454-9

– [Editor's Choice-artikel] Xin Wang, Soumya Sridar, Wei Xiong, “Thermodynamisch onderzoek van nieuwe hoogsterkte laaggelegeerde staalsoorten met Heusler-faseversterking voor lassen en additieve productie”, Journal of Phase Equilibria and Diffusion, 41 (2020) 804 -818. https:///doei.org /10.1007 /s11669-020-00828-j

– Soumya Sridar, Yunhao Zhao, Wei Xiong, “Cyclische heraustenitisatie van koperhoudende hoogsterkte laaggelegeerde staalsoorten vervaardigd door laserpoederbedfusie”, Materials Characterization, 166 (2020) 110437. https://doei.org /10.1016 /j.matchar.2020.110437

– Soumya Sridar, Yunhao Zhao, Kun Li, Xin Wang, Wei Xiong, “Post-Heat Treatment Design for High-Strength Low-alloy Steels Processed by Laser Powder Bed Fusion”, Materials Science and Engineering A, 788 (2020) 139531. https:///doei.org /10.1016 /j.msea.2020.139531

– Fuyao Yan, Wei Xiong, Eric J. Faierson, Gregory B. Olson, “Karakterisatie van oxiden op nanoschaal in austenitisch roestvrij staal verwerkt door poederbedfusie”, Scripta Materialia, 155 (2018) 104-108. https:///doei.org /10.1016 /j.scriptamat.2018.06.011