一种专为极端环境设计的新型3D打印合金

美国国家航空航天局(NASA)和俄亥俄州立大学的研究团队在3D打印高温材料方面取得了突破，这种材料可能会为飞机和航天器制造出更坚固、更耐用的部件。相关研究以“A 3D printable alloy designed for extreme environments”为题发表在《Nature》上。

多主元素合金由于其优异的机械和抗氧化性能，特别是在极端环境中，是一种有利的材料。本文中，研究人员利用热力学建模方法和激光增材制造技术开发了一种新的氧化物弥散强化镍铬合金。这种氧化物弥散强化合金，称为GRX-810，使用激光粉末床熔合将纳米级Y2O3颗粒分散到整个微观结构中，而无需使用机械或原位合金化等资源密集型加工步骤。研究人员通过对其微观结构的高分辨率表征，展示了纳米级氧化物在GRX-810构建体积中的成功结合和分散。这种制造过程比传统的制造方法更高效、更经济、更清洁。在1093℃的高温下，与广泛用于增材制造的传统多晶变形镍基合金相比，GRX-810合金的强度提高了两倍，蠕变性能提高了1000倍以上，抗氧化性能提高了两倍。这种高温合金有潜力显著提高航空和太空探索中使用的零部件的强度和韧性。这些结果表明，利用弥散强化与增材制造工艺相结合的未来合金开发可以加速革命性材料的研发。

GRX-810是一种氧化物弥散强化合金。换句话说，散布在合金各处的含有氧原子的微小颗粒增强了合金的强度。这种合金是制造用于高温应用的航空部件的极佳候选者，比如飞机和火箭发动机内部的部件，因为它们在达到断裂点之前可以承受更恶劣的条件。目前最先进的3D打印高温合金可以承受高达2000华氏度的温度。与这些相比，GRX-810的强度是它们的两倍，耐用性是它们的1000倍以上，抗氧化性是它们的两倍。

总之，研究人员提出了一种新的NiCoCr基ODS合金GRX-810的设计、表征和性能，与现有的AM合金相比，它在极端环境下具有优越的性能。在合金设计中使用计算建模产生了平衡性能和可加工性的成分，具有先进的表征，可以深入了解潜在的微观结构和机制。与目前使用的高温合金相比，GRX-810在1093°C下的蠕变性能有了数量级的提高，从而可以将AM用于极端环境下的复杂部件。这些合金对未来的可持续飞行具有重要意义。例如，当用于喷气发动机时，该合金的更高温度和更高的耐用性转化为更少的燃料消耗和更低的操作和维护成本。这种合金还为发动机部件设计师提供了新的灵活性，比如更轻的材料，以及巨大的性能改进。