由麻省理工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)于日前發(fā)表了一篇論文，展示了一種簡單且低成本的方法來強(qiáng)化航空航天和核能應(yīng)用中使用的關(guān)鍵材料。該團(tuán)隊(duì)使用3D打印技術(shù)制造了一種用陶瓷納米材料增強(qiáng)的金屬粉末，從而生產(chǎn)出強(qiáng)度更高、裂紋和孔隙更少的部件。

該技術(shù)涉及將常用且能夠承受極端條件的超級(jí)合金In718與陶瓷納米材料一起研磨，以在合金表面實(shí)現(xiàn)納米陶瓷的均勻包覆。然后將所得粉末用于激光粉末床熔融3D打印，以生產(chǎn)復(fù)雜的零件部件。

具體的說，是采用高速球磨法制備了含SiC納米陶瓷的復(fù)合粉體，在In718顆粒表面形成了均勻的SiC包覆。在激光熔化過程中，SiC溶解，導(dǎo)致原位形成Nb和Ti基硅化物和碳化物納米顆粒。這些原位形成的納米顆粒使增材制造的In718具有更理想的凝固微觀組織結(jié)構(gòu)，具有更少的打印缺陷(裂紋和孔隙)和略微細(xì)化的晶粒尺寸。力學(xué)性能表明，與未添加SiC的樣品相比，復(fù)合材料的硬度、屈服強(qiáng)度和極限抗拉強(qiáng)度分別提高了16%和12%。經(jīng)過熱處理后，相同的復(fù)合材料試樣的極限抗拉強(qiáng)度比相同處理的未增強(qiáng)材料高10%，而總伸長率保持在14%左右。這種原位沉淀的形成為增強(qiáng)增材制造的高溫材料提供了一種簡單有效的方法，可以用于日益惡劣的能源和推進(jìn)應(yīng)用環(huán)境。

研究人員認(rèn)為，他們的方法也可以擴(kuò)展到提高其他材料的性能。所得部件表現(xiàn)出改進(jìn)的延展性、抗輻射性和高溫強(qiáng)度。此外，該過程具有成本效益。

這項(xiàng)工作的主要研究人員LijU教授表示，3D打印的冷卻速度比傳統(tǒng)熔體凝固工藝制造的部件的冷卻速度快得多，這為探索添加陶瓷的基底金屬開辟了更大的組成空間。該團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新方法得到了該領(lǐng)域?qū)＜业馁潛P(yáng)，他們認(rèn)識(shí)到其在增強(qiáng)其他金屬基復(fù)合材料和合金方面的潛力。

相關(guān)新聞