圣巴巴拉大學和橡樹嶺國家實驗室的研究人員發現了一種新的抗缺陷鈷鎳高溫合金,可通過選擇性激光熔化(SLM)和電子束熔化(EBM)進行加工,可發生無裂紋的組件。凝結過程中溶質的低偏析下降了液體介導的開裂敏感性,下降的γ固溶溫度可在凝結完成后緩解開裂。室溫拉伸試驗表明,與現在正在研究增材制造的其他Ni基高溫合金相比,CoNi基高溫合金具有超卓的延展性和強度的組合。這項研究結果已宣布在《天然》雜志上。
金屬增材制作范疇中更堅硬的材料,有望在多種行業中得到更廣泛的使用,研究人員特別提到了航空航天范疇,但是高強度和高耐熱合金也可以在各種軍事項目中使用。此外,在將增材制作作為一種工業解決方案,以及比照減材制作選項進行市場營銷時,更牢靠的合金很有用。
這種新型合金的規劃是為了解決金屬AM工藝中的一個常見缺陷,即當加熱的金屬反復加熱和冷卻,構建物體時,會發生裂紋。焊接合金一般用于抵消這些應力,但存在諸如應變時效和延性浸入裂紋等問題。當對焊接的金屬進行熱處理時,或許當熱處理導致在半冷卻的金屬中形成小的裂紋時,就會出現這些問題。
研究人員挑選了一種鎳基合金,由于它在高應力,高溫環境中體現杰出,比如飛機發動機。但是,強度更高的根據鎳的合金更難以焊接,因而不適合用于增材制造。焊接高強度合金的困難來自合金中以不同速率冷卻的各種微量金屬,因而增加了結構受損的風險。
研究人員通過引進鈷元素來制造一種合金,這種合金具有與鎳基超級合金相同的特性,可是運用鈷顆粒進行冷卻可下降裂紋的變化,然后解決了這一問題。研究人員聲稱:“咱們的辦法表明,基于CoNi的超級合金成分空間為使用AM的潛力開發超級合金提供了機會。
這種說法已用他們的數據證明。實驗成果表明,SLM和電子束熔融定制的超合金粉末可發生高強度物體,而無需進行后處理和熱處理,就可以增強零件強度;他們飽嘗住了實踐的檢驗。
這種合金還顯示出更均勻的晶粒結構,更有助于進步強度。