马克斯·普朗克学会 无花果
1:光学显微照片显示由一系列软带和硬带组成的层状大马士革样结构
在光学显微照片中，硬带看起来很暗，因为这些层中的富钛沉淀物导致蚀刻过程中表面粗糙
在添加剂制造过程中，通过精确控制内在热处理，沉淀物被限制在薄而暗的层中
红线表示由于沉淀硬化，深色层的硬度增加
信用:P
Mürnsteiner
威尔姆斯 医生
Philipp Kürnsteiner教授
马克斯·普朗克研究所(MPIE)的埃里克·格尔和他们的团队与弗劳恩霍夫激光技术研究所的同事一起设计了一种新的强韧钢，模仿大马士革钢的层状结构
他们能够在添加剂制造过程中利用内在热处理，从而节省通常的后处理热处理的时间和成本
科学家们最近在《自然》杂志上发表了他们的发现
“我们设计了一种新的铁、镍和钛基钢，这种钢是为添加剂制造工艺量身定制的
这种新型钢能够利用定向能量沉积的优点，例如内在的热处理能力
“通过控制温度和冷却速度，我们能够一层一层地数字化控制合金的微观结构，并获得了一种性能可调的马氏体时效钢，”居恩斯泰纳解释道，他是“添加剂制造合金”(AAM)和“原子探针断层成像”(Atom Probe Tomography)小组的博士后研究员，也是《自然》杂志出版物的第一作者
定向能量沉积是最流行的添加剂制造技术之一
通过聚焦激光束熔化金属粉末，以完全数字化的方式从计算机模型中构建样本
这种逐层的结构，典型的添加剂制造工艺，让我们有机会模仿大马士革钢的结构
大马士革钢通过软硬层结构获得高强度和高延展性，这是通过反复折叠和锻造实现的
“我们用数字控制工艺参数，而不是折叠和锻造
我们利用添加剂制造的复杂热历史，包括循环再加热来触发高强度和延展性所需的相变:首先，从奥氏体转变为富镍马氏体微结构的形成
第二，镍钛沉淀物的形成会导致硬化效应，”亚加姆集团的负责人，自2020年1月以来也是德国联邦国防军慕尼黑大学的教授贾格尔解释道
科学家们通过添加剂制造过程中引入的特定暂停时间来控制样品的冷却
这允许控制两个相变的顺序，并因此在硬化和非硬化区域之间交替
为了研究额外制造的钢的复杂和高度分级的微观结构，使用了不同分析技术的组合，包括电子背散射衍射和原子探针断层扫描
这使得能够画出微观结构的完整图像，从毫米级的硬化层到微米级的凝固结构，再到由内在热处理触发的纳米尺寸的镍-钛沉淀
无花果
2:原子探针断层扫描测量显示，在黑暗的硬化层中，添加剂制造过程中的内在热处理触发了富钛沉淀物
显示了通过重建体积的5纳米厚的薄层中的钛原子
右下方的图表显示了由橙色虚线框指示的单一富钛沉淀物的组成分布
沉淀物含有25原子%的钛
信用:P
马克斯·普朗克艾森福斯忠研究所 “除了调整激光器的暂停长度之外，控制原位热处理的其它可能的可能性可以是调整激光器功率、其扫描路径或应用外部加热和冷却方法
我们现在正与来自弗劳恩霍夫激光技术研究所的合作伙伴一起测试不同的可能性
如果我们的方法与强大的过程模拟软件相结合，这将为局部调整复杂三维零件的微观结构打开新的大门
此外，我们的方法适用于广泛的合金和添加剂制造过程，”库恩斯泰内解释说
MPIE的科学家能够证明，在激光添加剂制造过程中的内在热处理给了局部调整微结构的机会
操纵微观结构的能力在合金中是最有用的，合金可以对添加剂制造的特定条件作出最佳反应，如新开发的Fe19Ni5Ti钢所示
现在的目标是设计更多的合金，从添加剂制造提供的原位沉淀硬化和局部微观结构控制中获益
在当地定制微结构和机械性能的机会为制造业打开了新的可能性
工具或建筑部件可以用软芯和硬外皮制造，无需额外的涂层或其他硬化处理
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