現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵之一是材料的研究和開發(fā)。特別是在航空航天等行業(yè)，重量輕且強(qiáng)度極高的材料對(duì)于需要制造的零件至關(guān)重要。

近日，由澳大利莫納什大學(xué)黃愛軍教授和朱玉曼博士領(lǐng)導(dǎo)的研究人員使用3D打印技術(shù)制造了一種超強(qiáng)的商用鈦合金，同時(shí)他們把這項(xiàng)“通過增材制造創(chuàng)建超強(qiáng)納米孿晶鈦合金”的研究發(fā)表在了最新一期的《自然·材料》雜志上。

鈦合金是航空航天業(yè)常用的3D打印金屬部件之一，但大多數(shù)借助3D打印技術(shù)制成的商用鈦合金無法獲得令人滿意的性能，尤其是它們?cè)谀承┨厥馇闆r下包括高溫環(huán)境下的強(qiáng)度不足。

該團(tuán)隊(duì)使用了SLM激光粉末床熔化技術(shù)，把常用的β-鈦合金粉末金屬一層一層地融合成固體。接下來，該材料在480至520 °C的溫度下進(jìn)行熱處理，導(dǎo)致鈦顆粒以納米顆粒的形式一起沉淀，這些納米顆粒合并成“納米雙胞胎”微觀結(jié)構(gòu)，每個(gè)結(jié)構(gòu)都有一個(gè)共同的側(cè)面，最終使合金具有令人難以置信的強(qiáng)度。

在測(cè)試中，該團(tuán)隊(duì)證明新型鈦合金的伸長率和抗拉強(qiáng)度均超過1,600MPa，而大多數(shù)商業(yè)鈦合金的最高壓力約為1,000MPa。該團(tuán)隊(duì)表示，這也是迄今為止所有3D打印金屬的最高比強(qiáng)度。

熱處理前后的Beta-C 鈦合金拉伸力學(xué)響應(yīng)（圖片來源：莫納什大學(xué)）

研究人員解釋說：“鈦合金需要復(fù)雜的鑄造和熱機(jī)械加工，才能獲得某些關(guān)鍵應(yīng)用所需的高強(qiáng)度。我們發(fā)現(xiàn)，3D打印等增材制造技術(shù)可以利用其獨(dú)特的制造工藝，在商用鈦合金內(nèi)制造出超強(qiáng)且熱穩(wěn)定的部件?！?br />
“我們的研究結(jié)果為商業(yè)合金中的沉淀強(qiáng)化提供了一種全新的方法，可用于生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀的真實(shí)部件，用于承載應(yīng)用，”該研究的首席研究員黃愛軍教授說?！捌駷橹?，任何鈦合金都沒有這種應(yīng)用。3D打印加上簡單的熱處理也意味著與其他具有相似強(qiáng)度的材料相比，工藝成本大大降低。”

黃教授進(jìn)一步解釋說：“鈦合金需要復(fù)雜的鑄造和熱機(jī)械加工，才能達(dá)到某些關(guān)鍵應(yīng)用所需的高強(qiáng)度。我們發(fā)現(xiàn)，增材制造可以利用其獨(dú)特的制造工藝，在商用鈦合金中制造出超強(qiáng)且熱穩(wěn)定的零件。”

這項(xiàng)工作為制造具有獨(dú)特微觀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能的廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)材料鋪平了道路，有望為物理冶金領(lǐng)域的強(qiáng)化和位錯(cuò)工程原理提供根本性的見解。

現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵之一是材料的研究和開發(fā)。特別是在航空航天等行業(yè)，重量輕且強(qiáng)度極高的材料對(duì)于需要制造的零件至關(guān)重要。

近日，由澳大利莫納什大學(xué)黃愛軍教授和朱玉曼博士領(lǐng)導(dǎo)的研究人員使用3D打印技術(shù)制造了一種超強(qiáng)的商用鈦合金，同時(shí)他們把這項(xiàng)“通過增材制造創(chuàng)建超強(qiáng)納米孿晶鈦合金”的研究發(fā)表在了最新一期的《自然·材料》雜志上。

鈦合金是航空航天業(yè)常用的3D打印金屬部件之一，但大多數(shù)借助3D打印技術(shù)制成的商用鈦合金無法獲得令人滿意的性能，尤其是它們?cè)谀承┨厥馇闆r下包括高溫環(huán)境下的強(qiáng)度不足。

該團(tuán)隊(duì)使用了SLM激光粉末床熔化技術(shù)，把常用的β-鈦合金粉末金屬一層一層地融合成固體。接下來，該材料在480至520 °C的溫度下進(jìn)行熱處理，導(dǎo)致鈦顆粒以納米顆粒的形式一起沉淀，這些納米顆粒合并成“納米雙胞胎”微觀結(jié)構(gòu)，每個(gè)結(jié)構(gòu)都有一個(gè)共同的側(cè)面，最終使合金具有令人難以置信的強(qiáng)度。

在測(cè)試中，該團(tuán)隊(duì)證明新型鈦合金的伸長率和抗拉強(qiáng)度均超過1,600MPa，而大多數(shù)商業(yè)鈦合金的最高壓力約為1,000MPa。該團(tuán)隊(duì)表示，這也是迄今為止所有3D打印金屬的最高比強(qiáng)度。

熱處理前后的Beta-C 鈦合金拉伸力學(xué)響應(yīng)（圖片來源：莫納什大學(xué)）

研究人員解釋說：“鈦合金需要復(fù)雜的鑄造和熱機(jī)械加工，才能獲得某些關(guān)鍵應(yīng)用所需的高強(qiáng)度。我們發(fā)現(xiàn)，3D打印等增材制造技術(shù)可以利用其獨(dú)特的制造工藝，在商用鈦合金內(nèi)制造出超強(qiáng)且熱穩(wěn)定的部件?！?br />
“我們的研究結(jié)果為商業(yè)合金中的沉淀強(qiáng)化提供了一種全新的方法，可用于生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀的真實(shí)部件，用于承載應(yīng)用，”該研究的首席研究員黃愛軍教授說?！捌駷橹?，任何鈦合金都沒有這種應(yīng)用。3D打印加上簡單的熱處理也意味著與其他具有相似強(qiáng)度的材料相比，工藝成本大大降低。”

黃教授進(jìn)一步解釋說：“鈦合金需要復(fù)雜的鑄造和熱機(jī)械加工，才能達(dá)到某些關(guān)鍵應(yīng)用所需的高強(qiáng)度。我們發(fā)現(xiàn)，增材制造可以利用其獨(dú)特的制造工藝，在商用鈦合金中制造出超強(qiáng)且熱穩(wěn)定的零件。”

這項(xiàng)工作為制造具有獨(dú)特微觀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能的廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)材料鋪平了道路，有望為物理冶金領(lǐng)域的強(qiáng)化和位錯(cuò)工程原理提供根本性的見解。