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)，重量輕且強度極高的材料對于需要制造的零件至關(guān)重要。

近日，由澳大利莫納什大學黃愛軍教授和朱玉曼博士領(lǐng)導的研究人員使用3D打印技術(shù)制造了一種超強的商用鈦合金，同時他們把這項“通過增材制造創(chuàng)建超強納米孿晶鈦合金”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，尤其是它們在某些特殊情況下包括高溫環(huán)境下的強度不足。

該團隊使用了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的溫度下進行熱處理，導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)，每個結(jié)構(gòu)都有一個共同的側(cè)面，最終使合金具有令人難以置信的強度。

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

熱處理前后的Beta-C 鈦合金拉伸力學響應（圖片來源：莫納什大學）

研究人員解釋說：“鈦合金需要復雜的鑄造和熱機械加工，才能獲得某些關(guān)鍵應用所需的高強度。我們發(fā)現(xiàn)，3D打印等增材制造技術(shù)可以利用其獨特的制造工藝，在商用鈦合金內(nèi)制造出超強且熱穩(wěn)定的部件?！?br />
“我們的研究結(jié)果為商業(yè)合金中的沉淀強化提供了一種全新的方法，可用于生產(chǎn)具有復雜形狀的真實部件，用于承載應用，”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用。3D打印加上簡單的熱處理也意味著與其他具有相似強度的材料相比，工藝成本大大降低?！?br />
黃教授進一步解釋說：“鈦合金需要復雜的鑄造和熱機械加工，才能達到某些關(guān)鍵應用所需的高強度。我們發(fā)現(xiàn)，增材制造可以利用其獨特的制造工藝，在商用鈦合金中制造出超強且熱穩(wěn)定的零件。”

這項工作為制造具有獨特微觀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能的廣泛應用的結(jié)構(gòu)材料鋪平了道路，有望為物理冶金領(lǐng)域的強化和位錯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)，重量輕且強度極高的材料對于需要制造的零件至關(guān)重要。

近日，由澳大利莫納什大學黃愛軍教授和朱玉曼博士領(lǐng)導的研究人員使用3D打印技術(shù)制造了一種超強的商用鈦合金，同時他們把這項“通過增材制造創(chuàng)建超強納米孿晶鈦合金”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，尤其是它們在某些特殊情況下包括高溫環(huán)境下的強度不足。

該團隊使用了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的溫度下進行熱處理，導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)，每個結(jié)構(gòu)都有一個共同的側(cè)面，最終使合金具有令人難以置信的強度。

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

熱處理前后的Beta-C 鈦合金拉伸力學響應（圖片來源：莫納什大學）

研究人員解釋說：“鈦合金需要復雜的鑄造和熱機械加工，才能獲得某些關(guān)鍵應用所需的高強度。我們發(fā)現(xiàn)，3D打印等增材制造技術(shù)可以利用其獨特的制造工藝，在商用鈦合金內(nèi)制造出超強且熱穩(wěn)定的部件?！?br />
“我們的研究結(jié)果為商業(yè)合金中的沉淀強化提供了一種全新的方法，可用于生產(chǎn)具有復雜形狀的真實部件，用于承載應用，”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用。3D打印加上簡單的熱處理也意味著與其他具有相似強度的材料相比，工藝成本大大降低?！?br />
黃教授進一步解釋說：“鈦合金需要復雜的鑄造和熱機械加工，才能達到某些關(guān)鍵應用所需的高強度。我們發(fā)現(xiàn)，增材制造可以利用其獨特的制造工藝，在商用鈦合金中制造出超強且熱穩(wěn)定的零件。”

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