用（yòng）於 3D 打印的抗缺陷高溫合（hé）金
點擊量：687 發布時間：2022-01-13 作者：狀（zhuàng）邁（上海）增材製造技（jì）術有限公司
近年來，使用激光束和電子束（shù）來“打印”傳（chuán）統製造路線無法實（shí）現的具有複雜形狀的工程對象已成為可能。用於金屬材料的增材製造 (AM) 工藝（被廣泛稱為 3D 打印）涉及在亞毫米級“池”中熔化和融合細小的粉末（mò）顆粒——每個顆粒比當地海灘沙（shā）粒細十（shí）倍左右。通過將激光或電子束聚焦在材（cái）料上。
“高度聚焦的（de）光（guāng）束提供了精確的控製，能夠‘調整（zhěng）’打印（yìn）物體關鍵位置（zhì）的特性，”工程學院材料教授兼副院（yuàn）長 Tresa Pollock 說。“不幸的是，在（zài）能源、空間和核應用中遇到的極端熱密集和化學（xué）腐蝕性環境中（zhōng）使用的許多（duō）先進金屬合金與增材（cái）製造工（gōng）藝不兼容。”
對於從事先進金屬（shǔ）材料和塗層研究（jiū）的世界（jiè）知（zhī）名科學家波洛克來說，發現新的增材製造（zào）兼容材料的挑戰是不可抗拒的。 “這很有趣，因為一套（tào）高度相容的合金可以改變具有高經濟價值（zhí）的金屬材料的生產——即昂貴的材料，因為（wéi）它們的成分在地殼中相對稀有——通過使幾何（hé）複雜（zá）的設計能夠以最少的物質浪費。”
“大（dà）多數（shù）在極端環境中（zhōng）發揮作（zuò）用的超高強度合金都無（wú）法打印，因為它們會開裂，” UCSB的 ALCOA 傑（jié）出（chū）材料教授波洛克說。“當物體仍在打印時，它們可能會（huì）在液體狀態下破裂，或者在材料被取（qǔ）出並進行一些熱處理後，它（tā）們可能會在固（gù）態狀態下破裂。這阻止了人們使用我們目前在以下應用中（zhōng）使（shǐ）用的合金，例如飛機發動機，打印（yìn）新設計，例如，可以顯著提高性能或能源效（xiào）率。”
現在，在（zài） Nature Communications 上一（yī）篇題為“用（yòng）於 3D 打印的抗缺陷 Co-Ni 高溫合金”的文章中，Pollock 與（yǔ） Carpenter Technologies、橡樹嶺國家實驗室、UCSB 員工科學家 Chris Torbet 和 Gareth Seward 以及 UCSB 博士生 Sean合作（zuò）Murray、Kira Pusch 和 Andrew Polonsky 描述了一（yī）類新的高溫合金，它克服了這種開裂問（wèn）題，因此，對於推進（jìn）使用增材製造生產用於高應力、高性能的複雜一次性部件（jiàn）具有巨大的希望（wàng）環境。
這項研究得（dé）到了波洛克於 2017 年（nián）從美國國防部授予的 300 萬美元的 Vannevar Bush 學院獎學金 (VBFF)的支持。VBFF 是國防部最（zuì）負盛名的單一研究者獎，支持可能具有變革性的基礎研究影響。
在論文中，作者描述了一類（lèi）新的高強度、抗缺陷、可 3D 打印的超（chāo）級合金（定義為典型的（de）鎳基合金，在高達其熔點 90% 的溫度下保持其材料完整性，而不是對於大多數合金，它們在其熔化（huà）溫度（dù）的 50% 時分解）含有大約等量的鈷 (Co) 和鎳 (Ni)，以（yǐ）及少量的（de）其他元素。這些材料適用（yòng）於通過電子（zǐ）束熔（róng）化 (EBM) 以及更具挑戰性的激光粉（fěn）末床方法進行無裂紋 3D 打（dǎ）印，使（shǐ）其廣泛用於進入市場的大量打印機。
由於在高溫下（xià）具有出色的機械性（xìng）能，鎳基（jī）高溫合金是飛機發動機高溫段中使用的單晶 (SX) 渦輪葉片（piàn）和輪葉等結構部件的首選材（cái）料。Pollock 說，在（zài）該團隊（duì）開發的一種高溫合金的變體中，“高（gāo）比例的（de）鈷使我們能夠設計合金的液態和固態特性，使其與各種印刷條件兼容。”
