研究人员使用激光粉末床融合技术制造出一种优质钛合金

香港城市大学（城大）科学家在钛合金的设计上取得突破。得益于增材制造(AM)，他们能够成功制造出具有卓越机械品质的合金。该项目源于建模，表明尽管通常认为提高合金成分的均匀性是防止脆性的理想选择，但实际上一定程度的不均匀性（多样性）实际上可以创建独特的微观结构，从而增强合金的性能。基于这个想法，并使用激光粉末床融合以及不锈钢和钛合金粉末，科学家们设法制造出一种既坚固又轻的合金。

由城大香港高等研究院（HKIAS）刘链骏教授领导的研究团队在《科学》杂志上发表论文“ In situ design of advanced Titanium Alloy with Concentration Mods by Additive Manufacturing ”，概述了他们的研究结果. 也就是说，尽管在零件设计的几何可能性方面，AM 最常被认为具有优势，但在这种情况下，团队探索了如何将其用于不仅使用材料而且设计具有更好性能的材料。

或者正如城大材料科学与工程系 (MSE) 博士后、论文作者之一的张天龙博士所解释的那样：“增材制造的独特功能为我们设计微结构提供了更大的自由。具体而言，我们开发了一种部分均质化方法，可借助 3D 打印生产具有微米级浓度梯度的合金，这是任何传统材料制造方法都无法实现的。”

他们是如何做到的呢？

从本质上讲，该过程涉及使用激光粉末床融合(L-PBF)熔化和混合两种不同的合金，例如钛合金粉末和不锈钢粉末。或者更具体地说，他们使用 Ti-6Al-4V（一种钛合金）和少量 316L 不锈钢来对钛合金中的不锈钢元素进行微米级浓度调制。这有助于导致材料的转变，使其具有更高的拉伸强度、均匀的伸长率和出色的加工硬化能力。

该团队控制了某些打印参数，例如激光功率和扫描速度，这使他们能够以更可控的方式创建元素的非均匀成分。由此产生的合金当然可以称为成功。它不仅比传统不锈钢轻 40%，同时仍表现出令人难以置信的强度。

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