首个3D打印纳米结构高熵合金问世


美国马萨诸塞大学阿默斯特分校和佐治亚理工学院的科学家在最新一期《自然》杂志online上发表论文说,他们利用3D打印方法制造出一种双相纳米结构高熵合金 (HEA),这种合金在强度和延展性方面优于其他现有的先进3D打印材料,并有望产生可用于航空航天,医药,能源和运输的高性能零件。

在过去的15年中,HEAs越来越受欢迎。HEA是由5种或更多种等量或近似等量的金属制成的合金,具有许多理想的性能,因此在材料科学和工程领域受到高度重视。3D打印技术目前用于材料开发领域,基于激光的3D打印可以产生较大的温度梯度和高冷却速率,这是传统方法难以做到的。

这次,研究人员将HEA与先进的3D打印技术,激光粉末床熔化相结合,以开发具有前所未有性能的新材料。由于该过程非常快速地熔化和固化材料,因此获得的材料的微观结构与传统方法生产的材料有很大不同。新材料的微观结构看起来像一个网络结构,由交替的纳米层结构组成,称为面心立方 (FCC) 和体心立方 (BCC),它们嵌入在微尺度共晶簇中,分层纳米结构HEA使两相一起变形。

研究人员说,这种不寻常的微观结构的原子重排使其具有超高强度和更高的延展性,与传统金属铸件相比,新材料的强度提高了3倍,延展性不减反增。赋予HEA韧性和延展性有助于开发机械效率和节能的轻质结构。

研究小组还开发了双相晶体可塑性的计算模型,以了解FCC和BCC纳米片层的作用以及它们如何共同作用以增加材料的强度和延展性。结果表明,BCC纳米片层具有极强的性能,这对于实现合金优异的强度-延展性协同至关重要。未来,科学家有望利用3D打印技术和HEA开发出可广泛应用于生物医学、航空航天等领域的高性能部件。

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