首款3D打印納米結(jié)構(gòu)高熵合金問世

美國馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校和佐治亞理工大學(xué)科學(xué)家在《自然》雜志在線版發(fā)表論文稱，他們采用3D打印方法，制作出一種雙相納米結(jié)構(gòu)高熵合金(HEA)，其強(qiáng)度和延展性優(yōu)于現(xiàn)有其他先進(jìn)的3D打印材料，有望催生可用于航空航天、醫(yī)學(xué)、能源和運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的高性能部件。

研究人員將HEA與先進(jìn)的3D打印技術(shù)--激光粉末床熔融結(jié)合，開發(fā)出具有前所未有性能的新材料。由于該工藝使材料熔化和凝固速度非常快，所得到材料的微觀結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)方法制造出的材料大相徑庭。新材料的微觀結(jié)構(gòu)看起來像一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，由名為面心立方(FCC)和體心立方(BCC)的納米層狀結(jié)構(gòu)交替組成，這些層被嵌入微尺度共晶團(tuán)中，分級納米結(jié)構(gòu)HEA使兩相能夠協(xié)同變形。

研究人員表示，這種不尋常微觀結(jié)構(gòu)的原子重排使其擁有超高強(qiáng)度和更高的延展性，與傳統(tǒng)金屬鑄件相比，新材料的強(qiáng)度提升了3倍，延展性不減反增。使HEA擁有更強(qiáng)韌性和更好延展性有助于研制出機(jī)械效率高且節(jié)能的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。

研究團(tuán)隊還開發(fā)出了雙相晶體塑性計算模型，以了解FCC和BCC納米片層所起的作用，以及它們?nèi)绾螀f(xié)同工作以增加材料的強(qiáng)度和延展性。結(jié)果顯示，BCC納米片層具有極堅固的特性，這對于實(shí)現(xiàn)合金卓越的強(qiáng)度-延展性協(xié)同作用至關(guān)重要。未來，科學(xué)家們有望利用3D打印技術(shù)和HEA研制出可廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、航空航天等領(lǐng)域的高性能部件。

(來源：《科技日報》)