3D列印材料「擴員」 新方法處理的合金製件強度堪比鍛材

2020-12-04 經濟日報

英國《自然》雜誌20日發表一項材料科學最新突破成果：美國科學家研發出一種3D列印高強度鋁合金的新方法。目前絕大多數採用增材製造方式研製的合金會出現周期性裂紋，但新問世的合金不但未出現裂紋痕跡，且強度堪比鍛造材料。該方法還可用於其他合金的製造。

3D列印又稱基於金屬的增材製造，是指逐層添加金屬粉末進行製造的技術，這種方法可以提高設計自由度和製造靈活性。但遺憾的是，在目前使用的5500多種合金中，絕大多數無法採用增材製造，只有少數幾種合金能可靠地列印出來，因為在製造過程中的凝固動力學會導致所得材料出現周期性裂紋。

此次，美國休斯研究實驗室科學家約翰·馬丁及其同事，引入了納米粒子來控制增材製造過程中的凝固，為這個問題提供了一個良好解決方案。他們首先選用了和汽車、航空以及消費應用密切相關的鋁合金進行實驗 ，隨後利用計算機軟體，分析了4500多種不同合金和納米粒子的組合，最終選定表面氫化(處理過)的鋯為一種合適的納米粒子材料。

在實驗中，研究人員給兩種鋁合金——7075(常用的7系鋁合金，強度最好)和6061(強度沒有7系高，但加工性能極佳)的霧化粉末加上表面氫化鋯納米粒子塗層，再使用選擇性雷射熔化技術，進行增材製造。結果發現，相較於用無納米粒子塗層的7075和6061粉末製造的部件，用納米粒子製造的合金未出現裂紋痕跡，而且強度堪比鍛造材料。

研究人員認為，這種新方法既突破了傳統製造方式的約束，強度上又毫不遜色，還可應用於其他合金，從而進一步擴展了增材製造材料的「家族」。

（責編：李丹丹）

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