研究员用纳米颗粒增加3D打印超合金的强度

近日，通过将二硼化钛纳米颗粒添加到3D打印超合金中，新加坡A * STAR制造技术研究所和材料研究与工程研究所的研究人员改善了3D打印超级合金的物理、热力和机械性能，以及耐用性和耐腐蚀性，让其变得更强大，减少了破裂的可能性。

超合金是一种非常有用的耐受高温、耐高应力的合金。哈司特镍合金、铬镍铁合金和沃斯帕洛伊合金等材料常被用来建造涡轮发动机，因为它们有极好的耐热性能。这些材料在未来可能会许多不同的应用。

在此次研究中，新加坡研究人员使用的超合金是铬镍铁合金（Inconel）625。这种合金含有55%到70％的镍，此外还含有铬、钼、铁、铌钽，以及许多其他的微量金属。由于具有极高的腐蚀疲劳强度、拉伸强度和抗氯离子应力腐蚀开裂性，这种超合金常用于工业海洋应用。通过使用激光辅助增材制造技术（LAAM），研究人员将二硼化钛纳米颗粒添加进去，从而让Inconel 625变得更加强大。他们研磨并混合了Inconel 625合金粉末和粒径约为58纳米的二硼化钛粉末，然后用一台先进的金属3D打印机将混合后的粉末打印成一个120×70×10毫米的加强版超合金矩形块。3D打印机有一个大功率光纤激光器，以及一个位于六轴机器人上的粉末喷嘴。

完成3D打印后，研究人员对超合金进行了分析，发现二硼化钛纳米粒子主要聚集在Inconel 625晶粒之间的边界处，因此加强了晶粒之间的边界。他们将超合金放在显微镜下，对其进行了一个更严格的评估，对样品进行了机械测试，看是否有材料强度、高显微硬度和耐磨性增强的迹象。所有这些问题的最终答案都是肯定的。“我们希望开发这种方法，探索用纳米颗粒增强的新复合材料，以用于增材制造，”研究人员说。在2013年，A * STAR推出了一个1500万美元的3D打印计划，其中就包括开发此次研究中所用的激光辅助增材制造技术。