納米粒子可以提高3D打印超級(jí)合金性能

3D打印（3DP)即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。

3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

新加坡科學(xué)技術(shù)研究機(jī)構(gòu)A*STAR的科學(xué)家最近進(jìn)行了可使超級(jí)合金應(yīng)用更好的研究。通過向3D打印超級(jí)合金添加特殊的納米粒子，研究人員(來自新加坡制造技術(shù)研究所和材料研究與工程研究所)已經(jīng)設(shè)法使材料更強(qiáng)大，同時(shí)減少材料破裂的可能性。

 
Inconel 625是備受A*STAR研究人員青睞的超合金，Inconel625是以鉬、鈮為主要強(qiáng)化元素的固溶強(qiáng)化型鎳基變形高溫合金，具有優(yōu)良的耐腐蝕和搞氧化性能，從低溫到980℃均具有良好的拉伸性能和疲勞性能，并且耐鹽霧氣氛下的應(yīng)力腐蝕。因此，可廣泛用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件、宇航結(jié)構(gòu)部件和化工設(shè)備。合金的加工和焊接性能良好，可供應(yīng)各種板材、棒材、管材、絲材、帶材和鍛件。
 
通過添加二硼化鈦納米顆粒，二硼化鈦和六方氮化硼都是硼系列化合物，新加坡研究人員認(rèn)為，將使得Inconel 625更加強(qiáng)大。使用激光輔助增材制造技術(shù)(LAAM)來添加這些納米顆粒，科學(xué)家們研磨并混合了Inconel 625合金粉末和粒徑約為58納米的二硼化鈦粉末。
 
用于該過程的3D打印機(jī)是新六軸機(jī)器人臂3D打印機(jī)，同時(shí)配備了大功率光纖激光器。使用該先進(jìn)的金屬3D打印機(jī)，科學(xué)家們能夠在碳鋼基材上制造出一毫米厚的增強(qiáng)超耐熱合金，使其形成120×70×10毫米的矩形塊。
 
研究項(xiàng)目的研究人員Guijun Bi闡述道：“添加納米顆粒到金屬基材料是以一種有效的方式來定制材料，具有顯著提高物理、熱力、機(jī)械性能、抗耐磨性、耐腐蝕性等優(yōu)異性能”。
 

 
研究人員對(duì)材料進(jìn)行3D打印后，分析了超合金，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。因此得出結(jié)論，二硼化鈦可用于加強(qiáng)晶界(晶界是結(jié)構(gòu)相同而取向不同晶粒之間的界面。在晶界面上，原子排列從一個(gè)取向過渡到另一個(gè)取向，故晶界處原子排列處于過渡狀態(tài)。 晶粒與晶粒之間的接觸界面叫做晶界。
 
研究人員將把超合金放在顯微鏡進(jìn)行更為嚴(yán)格的評(píng)估。通過對(duì)機(jī)械樣品的測(cè)試，看是否有增加材料強(qiáng)度，高顯微硬度和良好耐磨性的跡象。
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