研究人員開發(fā)出新型3D打印高熵超合金

3D打印技術(shù)參考注意到，專注于先進(jìn)材料和制造技術(shù)的IMDEA材料研究所近日開發(fā)出一種鈷基和鎳基高熵超合金（CoNi-HESA），通過激光粉末床聚變（LPBF）優(yōu)化用于增材制造。該研究于2025年11月18日發(fā)表在《材料與設(shè)計》期刊上，闡述了生產(chǎn)能夠在更高溫度下運(yùn)行的噴氣發(fā)動機(jī)部件的新路徑，從而提升燃油效率和推力。

論文《新型基于CoNi的高熵超合金的激光粉末床熔融（LaserpowderbedfusionofanovelCoNi-basedhigh-entropysuperalloy）》詳細(xì)介紹了LPBF如何用于控制凝固過程和打印過程中晶粒均勻性。通過仔細(xì)調(diào)整激光功率、掃描速度和層厚，研究人員減少了裂紋，實(shí)現(xiàn)了致密且均勻的部件。這種對熱梯度和冷卻速率的控制直接影響合金在極端條件下的強(qiáng)度、延展性和抗變形能力。

IMDEA材料*研究員表示：“航空航天領(lǐng)域長期以來一直認(rèn)識到提高飛機(jī)發(fā)動機(jī)*高工作溫度以提升發(fā)動機(jī)效率的重要性。因此，開發(fā)具有*性能的先進(jìn)金屬及金屬間材料投入了大量努力�！�

鎳基超合金因其高溫強(qiáng)度和抗蠕變性，數(shù)十年來一直主導(dǎo)航空航天制造業(yè)。而鈷基合金則具有更優(yōu)越的氧化和防腐保護(hù)能力，但傳統(tǒng)上在高溫下機(jī)械性能較弱。CoNi-HESA合金結(jié)合了兩種材料家族，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度、延展性和熱穩(wěn)定性之間的平衡。

通過LPBF工藝中激光功率和掃描速度的精心結(jié)合，開發(fā)的CoNi-HESA非常適合抗裂紋、高密度零部件生產(chǎn)。研究人員證實(shí)了基于混合熵的熱力學(xué)預(yù)測有效指導(dǎo)合金設(shè)計，驗(yàn)證了熵驅(qū)動配方能夠改善高溫機(jī)械性能的理念。他們寫道：“作為*終結(jié)論，我們可以說，即通過基于混合熵的熱力學(xué)預(yù)測設(shè)計含鈹基超合金，可以顯著改善材料性能，這一假說已被證實(shí)�！�

CoNi-HESA的發(fā)展展示了基于熵的合金工程如何擴(kuò)展增材制造在高應(yīng)力應(yīng)用中的極限。研究所的發(fā)現(xiàn)指向高熵合金在航空航天、能源、航天和核能領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用，而在極端條件下的耐久性仍是核心挑戰(zhàn)。作者指出：“這對未來在能源、航天和核技術(shù)等領(lǐng)域的增材制造應(yīng)用非常有前景�！�

IMDEA材料公司持續(xù)研究金屬增材制造的先進(jìn)合金和微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計，旨在拓展耐高溫和機(jī)械性能關(guān)鍵的工業(yè)應(yīng)用。CoNi-HESA代表了下一代噴氣發(fā)動機(jī)及其他熱需求高系統(tǒng)的更高效、更耐用部件的一步。