研究員用納米顆粒增加3D打印Inconel 625超合金的強(qiáng)度

近日，通過(guò)將二硼化鈦納米顆粒添加到3D打印超合金中，新加坡A * STAR制造技術(shù)研究所和材料研究與工程研究所的研究人員改善了3D打印超級(jí)合金的物理、熱力和機(jī)械性能，以及耐用性和耐腐蝕性，讓其變得更強(qiáng)大，減少了破裂的可能性。

超合金是一種非常有用的耐受高溫、耐高應(yīng)力的合金。哈司特鎳合金、鉻鎳鐵合金和沃斯帕洛伊合金等材料常被用來(lái)建造渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗鼈冇袠O好的耐熱性能。這些材料在未來(lái)可能會(huì)許多不同的應(yīng)用。

在此次研究中，新加坡研究人員使用的超合金是鉻鎳鐵合金（Inconel）625。這種合金含有55%到70％的鎳，此外還含有鉻、鉬、鐵、鈮鉭，以及許多其他的微量金屬。由于具有極高的腐蝕疲勞強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和抗氯離子應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性，這種超合金常用于工業(yè)海洋應(yīng)用。

通過(guò)使用激光輔助增材制造技術(shù)（LAAM），研究人員將二硼化鈦納米顆粒添加進(jìn)去，從而讓Inconel 625變得更加強(qiáng)大。他們研磨并混合了Inconel 625合金粉末和粒徑約為58納米的二硼化鈦粉末，然后用一臺(tái)先進(jìn)的金屬3D打印機(jī)將混合后的粉末打印成一個(gè)120×70×10毫米的加強(qiáng)版超合金矩形塊。3D打印機(jī)有一個(gè)大功率光纖激光器，以及一個(gè)位于六軸機(jī)器人上的粉末噴嘴。

完成3D打印后，研究人員對(duì)超合金進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)二硼化鈦納米粒子主要聚集在Inconel 625晶粒之間的邊界處，因此加強(qiáng)了晶粒之間的邊界。他們將超合金放在顯微鏡下，對(duì)其進(jìn)行了一個(gè)更嚴(yán)格的評(píng)估，對(duì)樣品進(jìn)行了機(jī)械測(cè)試，看是否有材料強(qiáng)度、高顯微硬度和耐磨性增強(qiáng)的跡象。所有這些問(wèn)題的最終答案都是肯定的。

“我們希望開(kāi)發(fā)這種方法，探索用納米顆粒增強(qiáng)的新復(fù)合材料，以用于增材制造，”研究人員說(shuō)。在2013年，A * STAR推出了一個(gè)1500萬(wàn)美元的3D打印計(jì)劃，其中就包括開(kāi)發(fā)此次研究中所用的激光輔助增材制造技術(shù)。