用於 3D 打印的抗缺陷高溫合金
點擊量：1144 發布時間：2022-01-13 作者：快猫视频APP下载安装（上（shàng）海）增（zēng）材製造技（jì）術有限公司
近年來，使用激光（guāng）束和電子束（shù）來“打印”傳統（tǒng）製造路線無法（fǎ）實現的（de）具有複雜形狀的工程對象已成為可能。用於金屬材料的增（zēng）材製造（zào） (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顆（kē）粒——每個顆粒比當地海灘（tān）沙粒細十倍左右。通（tōng）過將（jiāng）激光或電子束聚焦在（zài）材料上。
“高度聚焦的（de）光束提供了精確的控製，能夠‘調整’打印（yìn）物體關（guān）鍵位置（zhì）的特性，”工程學院材料（liào）教授兼副院長（zhǎng） Tresa Pollock 說。“不幸的是，在能源、空間和核應用中遇到的極端熱密集和化（huà）學腐蝕性環境中使用的（de）許多先進（jìn）金屬合金與增材製造工藝不兼（jiān）容。”
對於從事（shì）先進金（jīn）屬材料和塗層研究（jiū）的（de）世界知名科學家波洛克來說，發現新的增材製造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（jīng）濟價值的金屬材料（liào）的生產——即昂貴的材料，因為它們的成分在地殼中相對稀有——通過使幾（jǐ）何複雜的設（shè）計（jì）能（néng）夠以最少的物質浪費。”
“大多數在極（jí）端（duān）環境中發揮作（zuò）用的超高強度合金都無法打印，因為它們會開裂，” UCSB的 ALCOA 傑出材料教授波洛克說。“當物體仍在（zài）打印時，它們可能會在液體狀態（tài）下破裂，或者在材料被取出並進行一些熱處（chù）理後，它們（men）可能會在固態狀（zhuàng）態下破裂（liè）。這阻止了人們使用我（wǒ）們目前在以下應用中使用的合金，例如飛機發動機，打（dǎ）印新設計，例如，可以顯著提高性能（néng）或能源效率。”
現在，在 Nature Communications 上一（yī）篇題為“用於 3D 打印（yìn）的抗缺陷 Co-Ni 高溫合金”的文章中，Pollock 與 Carpenter Technologies、橡（xiàng）樹（shù）嶺國家實驗室、UCSB 員工科學家（jiā） Chris Torbet 和（hé） Gareth Seward 以及 UCSB 博士生 Sean合作Murray、Kira Pusch 和 Andrew Polonsky 描述了一類新的高溫合金，它克（kè）服了這種（zhǒng）開裂問題，因（yīn）此，對於推進使用增材製造生產用於高應力、高性能的複雜一次性部件具有巨大的希望環（huán）境。
這（zhè）項研究得到了波洛克於 2017 年從（cóng）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 是國防部最負盛名的單一（yī）研究者獎，支持可能具有變革性的（de）基礎研究影響。
在論文中，作者描述（shù）了一類（lèi）新的（de）高強度、抗缺陷、可 3D 打印的超級合金（定義為典型的鎳基合金，在高達其熔點 90% 的溫度下保持其材料完整性，而（ér）不是對於大多數（shù）合金，它們在其熔化溫度的 50% 時分解（jiě））含有大（dà）約等量的鈷 (Co) 和鎳 (Ni)，以及少量（liàng）的其他元素。這（zhè）些材料適用（yòng）於通過電子束（shù）熔化 (EBM) 以及更具（jù）挑戰性的激光粉末床方法進行無裂紋 3D 打印，使其廣泛用於進（jìn）入市（shì）場的大量（liàng）打印機。
由（yóu）於在高溫下具有出色的機械性能，鎳基高溫合金是飛機發（fā）動機高溫段中使用的（de）單晶 (SX) 渦輪葉片和輪葉等結構部件的（de）首選（xuǎn）材料。Pollock 說，在該團隊開發的一種高溫合金的變體中，“高比（bǐ）例的鈷使我們能夠設計合金的液（yè）態和固態（tài）特性，使其與各種印刷條件（jiàn）兼（jiān）容。”
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