英國《自然》雜志20日發(fā)表一項(xiàng)材料科學(xué)最新突破成果：美國科學(xué)家研發(fā)出一種3D打印高強(qiáng)度鋁合金的新方法。目前絕大多數(shù)采用增材制造方式研制的合金會(huì)出現(xiàn)周期性裂紋，但新問世的合金不但未出現(xiàn)裂紋痕跡，且強(qiáng)度堪比鍛造材料。該方法還可用于其他合金的制造。
3D打印又稱基于金屬的增材制造，是指逐層添加金屬粉末進(jìn)行制造的技術(shù)，這種方法可以提高設(shè)計(jì)自由度和制造靈活性。但遺憾的是，在目前使用的5500多種合金中，絕大多數(shù)無法采用增材制造，只有少數(shù)幾種合金能可靠地打印出來，因?yàn)樵谥圃爝^程中的凝固動(dòng)力學(xué)會(huì)導(dǎo)致所得材料出現(xiàn)周期性裂紋。
此次，美國休斯研究實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家約翰·馬丁及其同事，引入了納米粒子來控制增材制造過程中的凝固，為這個(gè)問題提供了一個(gè)良好解決方案。他們首先選用了和汽車、航空以及消費(fèi)應(yīng)用密切相關(guān)的鋁合金進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，隨后利用計(jì)算機(jī)軟件，分析了4500多種不同合金和納米粒子的組合，最終選定表面氫化(處理過)的鋯為一種合適的納米粒子材料。
在實(shí)驗(yàn)中，研究人員給兩種鋁合金——7075(常用的7系鋁合金，強(qiáng)度最好)和6061(強(qiáng)度沒有7系高，但加工性能極佳)的霧化粉末加上表面氫化鋯納米粒子涂層，再使用選擇性激光熔化技術(shù)，進(jìn)行增材制造。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相較于用無納米粒子涂層的7075和6061粉末制造的部件，用納米粒子制造的合金未出現(xiàn)裂紋痕跡，而且強(qiáng)度堪比鍛造材料。
研究人員認(rèn)為，這種新方法既突破了傳統(tǒng)制造方式的約束，強(qiáng)度上又毫不遜色，還可應(yīng)用于其他合金，從而進(jìn)一步擴(kuò)展了增材制造材料的“家族”。
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