耐1300℃！ORNL开发出迄今最轻的3D打印无裂纹高温合金

3D打印技术参考于10月18日注意到，美橡树岭国家实验室（ORNL）和美国家能源技术实验室（NETL）的研究人员成功研发并3D打印出了一种迄今最轻且无裂纹的合金，该合金能够在1315℃以上的高温下不会熔化。 这一创新成果能够显著提升涡轮叶片的增材制造水平，它不仅能承受更高的温度，还能减轻飞机和燃气涡轮机的重量。

这种新型合金由七种元素组成，富含铌，形成了复杂的合金结构。其熔点比橡树岭国家实验室之前研发的镍钴超合金至少高出48%。通过精确调整电子束熔融工艺，研究人员成功打印出了该合金的测试部件。

3D打印技术参考认为，采用EBM工艺是实现该新合金无裂纹3D打印的关键。 由于电子束熔融 工艺本身具备的高温特性以及电子束偏转与聚焦方面的高度灵活性，该工艺已被证明在裂纹形成方面敏感性较低。文献中已报道了Inconel 738、Rene142和CMSX-4等多种易开裂合金的成功电子束熔融加工案例，GE航空航天公司则采用EBM工艺批量3D打印易开裂的TiAl合金发动机叶片。

这些案例中制得的样品裂纹密度极低甚至完全无缺陷。在电子束熔融加工过程中，通过控制热流量，在每层内实施预热和加热 ，可以降低材料中残余应力的残留水平。此外，电子束移动的灵活性使得可以采用先进的熔化策略，并能够控制熔池的形状、凝固行为以及熔池内相应的温度梯度。因此，开裂问题可以得到缓解，同时可以控制 微观结构，从而生产出具有柱状晶、定向凝固甚至单晶晶粒微观结构的“微型铸件”。

橡树岭国家实验室的研究人员表示：“之前从未有人能够研发并打印出如此高熔点、低密度且无裂纹的合金。”虽然像钨这样的金属能够耐受高温，但它们会大大增加飞机的重量。“这项成果意义重大。我们正在制造一种更轻盈的材料，它在超高温下仍能保持结构完整性。”

这一发展为航空工业高性能部件的生产开辟了新的可能性。增材制造能够高效生产复杂且精确的部件，这既降低了生产成本，又减少了环境影响。使用轻质且耐高温的材料有助于提高燃气涡轮的效率，并减少其碳足迹。

美国橡树岭国家实验室和国家能源技术实验室在合金技术方面的进步，展现了3D打印技术为要求苛刻的工业应用提供定制解决方案的潜力。凭借这种新型合金，研究团队在开发满足现代技术日益增长需求的先进材料方面取得了重要里程碑。

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