3D打印由于固有的快速冷卻速率和熱循環(huán)而極易出現(xiàn)與加工相關(guān)的缺陷，鎳基高溫合金對(duì)缺陷尤其敏感。傳統(tǒng)加工方法多年來已經(jīng)形成基本無缺陷路線，3D打印必須在保持固有優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，與其他技術(shù)（如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)）強(qiáng)耦合，才能獲得更多的應(yīng)用。高溫合金在極端環(huán)境具有長(zhǎng)期的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，這與其抗氧化性是密不可分的。該材料在高溫作用下會(huì)迅速通過氧氣與Cr或Al形成致密的氧化層從而保護(hù)基體不被繼續(xù)氧化。由于含Cr的氧化層在1 000 °C以上容易碎裂或揮發(fā)從而失去保護(hù)性，因此應(yīng)用溫度低于含Al合金。

        基于此，牛津大學(xué)的Reed 研究組通過ABD方法設(shè)計(jì)了3種成分的含Al高溫合金，并通過調(diào)控(Nb+Ta)/Al 比例使平衡態(tài)伽馬一撇相比例分?jǐn)?shù)維持為0.5（900 °C），考察了3種不同的屬性激光-粉末床熔合(L-PBF)的可加工性，熱處理響應(yīng)以及氧化、蠕變和力學(xué)行為，并與CM247LC標(biāo)準(zhǔn)合金進(jìn)行比較。相關(guān)研究成果以題為““A New Class of Alumina-Forming Superalloys for 3D printing”發(fā)表于增材制造頂刊《Additive Manufacturing》。

結(jié)果表明，3種新型(Nb+Ta)/Al合金具有可加工性，且尚未通過光學(xué)顯微鏡或計(jì)算機(jī)斷層掃描檢測(cè)到與加工相關(guān)的裂紋。相反， CM247LC基準(zhǔn)合金在L-PBF后出現(xiàn)了廣泛的開裂。超固溶熱處理會(huì)導(dǎo)致材料在高溫脆化，而亞固溶則可以保持相當(dāng)?shù)母邷匮诱购蛷?qiáng)度。利用熱重分析(TGA)和顯微結(jié)構(gòu)表征進(jìn)行氧化測(cè)試，證實(shí)了新合金表面形成氧化鋁保護(hù)層。

增加(Nb+Ta)/Al比值，合金的屈服應(yīng)力會(huì)隨著中Nb和Ta含量的增加而增加，然而這是以犧牲合金成本為代價(jià)的，且會(huì)降低抗氧化性能，具體比例可以定制，以匹配合金的應(yīng)用。該工作為未來的合金設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)，證明了確定具有優(yōu)越屈服應(yīng)力、抗氧化性和抗氧化性的可加工成分的可行性。

論文引用信息：

Joseph N. Ghoussoub, Przemysław Klupś, William J.B. Dick-Cleland, Kathryn E. Rankin, Satoshi Utada, Paul A.J. Bagot, D. Graham McCartney, Yuanbo T. Tang, Roger C. Reed,A new class of alumina-forming superalloy for 3D printing,Additive Manufacturing,Volume 52,2022,102608,ISSN 2214-8604,

https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102608.

(責(zé)任編輯：admin)

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