由城市大學 (CityU)的科學家領導的一項研究使用增材制造(俗稱 3D 打印)成功開發(fā)了一種超強、高延展性和超輕的鈦基合金。他們的發(fā)現開辟了一條新途徑，可以為各種結構應用設計具有前所未有的結構和性能的合金。

研究團隊由工程學院大學特聘教授、城大高等研究院(HKIAS)高級研究員劉鏈駿教授領導。材料科學與工程系(MSE)博士后張?zhí)忑埐┦窟M行了實驗。他們的論文最近發(fā)表在著名的科學期刊《科學》上，由城大校長郭維也參與撰寫，題為“In situ design of advanced titaniumm合金與增材制造的濃度調制”。

3D打印：不僅僅是一種成型技術

大多數人認為 3D 打印是一項革命性的技術，只需一步即可生產出形狀復雜的機器零件。“然而，我們發(fā)現它在設計材料而不是簡單地設計幾何形狀方面具有重要潛力，”今年早些時候在劉教授的指導下在城大完成博士學位的張博士說。

冶金學家傾向于認為合金成分缺乏均勻性是不可取的，因為它會導致不良性能，例如脆性。增材制造過程中的關鍵問題之一是如何消除快速冷卻過程中的這種不均勻性。但是張博士之前的建模和模擬研究發(fā)現，成分中一定程度的異質性實際上可以產生獨特的異質微觀結構，從而增強合金的性能。因此，他試圖通過使用增材制造將這些模擬結果變?yōu)楝F實。

設計獨特的微觀結構

“增材制造的獨特功能為我們設計微觀結構提供了更大的自由，”張博士解釋說，他也是該論文的第一作者。“具體來說，我們開發(fā)了一種部分均質化方法，可借助 3D 打印生產具有微米級濃度梯度的合金，這是任何傳統(tǒng)材料制造方法都無法實現的。”

他們提出的方法涉及使用聚焦激光束熔化和混合兩種不同的合金粉末和不銹鋼粉末。通過在 3D 打印過程中控制激光功率及其掃描速度等參數，該團隊以可控的方式成功地創(chuàng)建了新合金中元素的非均勻成分。