研究人员3d打印坚固，延展性纳米结构合金

增材制造见解

• 增材制造，也被称为3D打印，已经成为一种强大的材料开发方法，并被用于制造应用。
• 3D打印可以帮助制造复杂和定制的部件，而高熵合金(HEAs)在生物医学和航空航天应用中有很大的潜力。

---

麻省大学阿默斯特分校和佐治亚理工学院的研究人员3D打印了一种双相纳米结构高熵合金，其强度和延展性超过了其他最先进的增材制造材料，这可能会导致更高性能的组件应用于航空航天、医药、能源和交通。的研究，由温陈马塞诸塞州大学机械与工业工程助理教授朱停，教授机械工程这篇文章发表在8月号的杂志上自然．

在过去的15年里，高熵合金(HEAs)作为材料科学的一种新范式越来越受欢迎。它们由五种或五种以上的元素以近乎相等的比例组成，能够为合金设计创造近乎无限多的独特组合。传统合金，如黄铜、碳钢、不锈钢和青铜，含有一种主元素和一种或多种微量元素。

增材制造，也被称为3D打印，最近已成为一种强大的材料开发方法。基于激光的3D打印可以产生大的温度梯度和高的冷却速率，这是传统方法难以实现的。然而，“利用增材制造和hea的综合效益来实现新特性的潜力在很大程度上仍未被开发，”朱说。

陈和他的团队在多尺度材料与制造实验室将HEA与最先进的3D打印技术(称为激光粉末床融合)结合起来，开发出具有前所未有性能的新材料。由于与传统冶金相比，该工艺会导致材料融化和凝固得非常快，因此在制造的部件上，“你会得到一个非常不同的微观结构，远离平衡”，Chen说。这种微观结构看起来像一张网，由被称为面心立方(FCC)和体心立方(BCC)的交替层组成，纳米层状结构嵌入在具有随机方向的微尺度共晶集落中。层次化的纳米结构HEA使两相能协同变形。

Chen说:“这种不寻常的微观结构的原子重排产生了超高的强度以及增强的延展性，这是不常见的，因为通常坚固的材料往往是脆性的。”他说，与传统的金属铸件相比，“我们的强度几乎提高了三倍，不仅没有失去延展性，而且实际上还提高了延展性。”“对于许多应用来说，强度和延展性的结合是关键。我们的发现对材料科学和工程都是原创的，令人兴奋的。”

“生产坚固和延展性hea的能力意味着这些3D打印材料在抵抗应用变形方面更加坚固，这对于提高机械效率和节能的轻量化结构设计非常重要，”陈的博士生、该论文的第一作者任杰说。

朱的团队在乔治亚理工学院主导研究的计算建模。他开发了双相晶体塑性计算模型，以了解FCC和BCC纳米薄片所起的机制作用，以及它们如何共同工作以增加材料的强度和延展性。

“我们的模拟结果显示，BCC纳米薄片具有令人惊讶的高强度和高硬化响应，这对于实现我们合金的突出强度-延性协同作用至关重要。这种机制的理解为指导未来发展具有特殊机械性能的3D打印hea提供了重要的基础，”Zhu说。

此外，3D打印提供了一个强大的工具来制造几何复杂和定制的零件。在未来，利用3D打印技术和HEAs的巨大合金设计空间，为生物医学和航空航天应用的最终用途组件的直接生产提供了充足的机会。

-由Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?你应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得你和你的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。