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研究小组制造了一种可以三维打印的抗缺爱丽丝梦游仙境1电影陷高温合金

化学 2022-05-29 00:02:09

作者詹姆斯·巴丹姆,加州大学圣巴巴拉分校 一种钴镍基高温合金的电子束熔炼和选择性激光熔炼的添加剂制造

图示(左起):扫描电子显微镜(SEM)显微照片,合金SB–CoNi-10的金属粉末,用于a) EBM和b)为单轴拉伸试验印刷的简单棒几何形状(c,d)的SLM印刷试验;和复杂的几何形状,例如具有e)内部冷却通道或f)薄的悬挂平台的原型涡轮叶片

学分:工程学院 近年来,使用激光束和电子束来“印刷”具有传统制造无法实现的复杂形状的工程物体已经成为可能

金属材料的添加剂制造(AM)工艺,或称三维印刷,包括熔化和熔化细颗粒粉末——每一个都比一粒沙滩沙细10倍——在亚毫米级的“池”中,通过将激光或电子束聚焦在材料上而形成

加州大学圣巴巴拉分校材料学教授、工程学院副院长特蕾萨·波洛克说:“高度聚焦的光束提供了精确的控制,能够‘调整’印刷物体关键位置的特性。”

“不幸的是,在能源、空间和核应用中遇到的极端热密集型和化学腐蚀性环境中使用的许多先进金属合金与调幅工艺不兼容

" 对波洛克来说,发现新的调幅兼容材料的挑战是不可抗拒的,他是一位世界著名的科学家,从事先进金属材料和涂层的研究

“这很有趣,”她说,“因为一套高度兼容的合金可以改变具有高经济价值的金属材料的生产——我

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昂贵的材料,因为它们的成分在地壳中相对稀少——能够以最少的材料浪费制造出几何形状复杂的设计

“大多数在极端环境下发挥作用的超高强度合金都不能印刷,因为它们会开裂,”ALCOA杰出材料教授波洛克继续说道

“当一个物体仍在印刷时,它们可能会在液态下破裂,或者在取出材料并进行一些热处理后,它们可能会在固态下破裂

这使得人们无法使用我们目前在飞机发动机等应用中使用的合金来印刷新的设计,例如大幅提高性能或能效的设计

" 现在,在《自然通讯》杂志的一篇文章中,波洛克与卡彭特技术公司、橡树岭国家实验室、UCSB员工科学家克里斯·托贝特和加雷斯·苏厄德以及UCSB·帕尔默合作

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学生肖恩·穆雷、基拉·普施和安德鲁·波洛斯基描述了一种新的超级合金,这种合金克服了这种开裂问题,因此,在推进调幅生产用于高应力、高性能环境的复杂一次性部件方面有着巨大的前景

这项研究得到了美国大学授予的价值300万美元的万尼瓦尔·布什教师奖学金(VBFF)的支持

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2017年国防部

VBFF奖是国防部最负盛名的单一研究者奖,支持可能产生变革性影响的基础研究

在这篇论文中,作者描述了一种新的高强度、抗缺陷、可三维打印的超级合金,定义为典型的镍基合金,在高达90%熔点的温度下保持其材料完整性

大多数合金在其熔化温度的50%时会碎裂

这些新型超级合金含有大约等量的钴和镍,外加少量的其他元素

这些材料可以通过电子束熔化和更具挑战性的激光粉末床方法进行无裂纹三维打印,这使得它们广泛适用于进入市场的大量印刷机

由于镍基高温合金在高温下具有优异的机械性能,因此它是结构部件的首选材料,如单晶(SX)涡轮叶片和用于飞机发动机热段的叶片

在该团队开发的一种超级合金的变体中,波洛克说,“高百分比的钴使我们能够将合金的特征设计成液态和固态,使其与各种印刷条件兼容

" 新合金的开发得益于之前作为国家自然科学基金资助项目的一部分所做的工作,该项目与国家材料基因组倡议相一致,其基本目标是通过以“一半的成本两倍的速度”开发先进材料,支持研究以应对社会面临的重大挑战

" 波洛克的国家科学基金会在这一领域的工作是与UCSB材料学院的教授卡洛斯·G

列维和安东·范德Ven

他们的工作包括开发和集成一套计算和高通量合金设计工具,以探索发现新合金所需的大型多化合物合成空间

在讨论这篇新论文时,波洛克也承认工程学院的合作研究环境的重要作用,这使得这项工作成为可能

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