由城市大學(xué) (CityU)的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)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(xiàn)開辟了一條新途徑，可以為各種結(jié)構(gòu)應(yīng)用設(shè)計具有前所未有的結(jié)構(gòu)和性能的合金。

研究團隊由工程學(xué)院大學(xué)特聘教授、城大高等研究院(HKIAS)高級研究員劉鏈駿教授領(lǐng)導(dǎo)。材料科學(xué)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(xué)期刊《科學(xué)》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(diào)制”。

3D打印：不僅僅是一種成型技術(shù)

大多數(shù)人認為 3D 打印是一項革命性的技術(shù)，只需一步即可生產(chǎn)出形狀復(fù)雜的機器零件。“然而，我們發(fā)現(xiàn)它在設(shè)計材料而不是簡單地設(shè)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(dǎo)下在城大完成博士學(xué)位的張博士說。

冶金學(xué)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(dǎo)致不良性能，例如脆性。增材制造過程中的關(guān)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(xiàn)，成分中一定程度的異質(zhì)性實際上可以產(chǎn)生獨特的異質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)，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(jié)果變?yōu)楝F(xiàn)實。

設(shè)計獨特的微觀結(jié)構(gòu)

“增材制造的獨特功能為我們設(shè)計微觀結(jié)構(gòu)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(zhì)化方法，可借助 3D 打印生產(chǎn)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(xiàn)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(shù)，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。