麻省理工：使用陶瓷強化金屬3D打印材料，以滿足航空航天應用

由麻省理工學院領導的團隊于日前發(fā)表了一篇論文，展示了一種簡單且低成本的方法來強化航空航天和核能應用中使用的關鍵材料。該團隊使用3D打印技術制造了一種用陶瓷納米材料增強的金屬粉末，從而生產(chǎn)出強度更高、裂紋和孔隙更少的部件。

該技術涉及將常用且能夠承受極端條件的超級合金In718與陶瓷納米材料一起研磨，以在合金表面實現(xiàn)納米陶瓷的均勻包覆。然后將所得粉末用于激光粉末床熔融3D打印，以生產(chǎn)復雜的零件部件。

具體的說，是采用高速球磨法制備了含SiC納米陶瓷的復合粉體，在In718顆粒表面形成了均勻的SiC包覆。在激光熔化過程中，SiC溶解，導致原位形成Nb和Ti基硅化物和碳化物納米顆粒。這些原位形成的納米顆粒使增材制造的In718具有更理想的凝固微觀組織結構，具有更少的打印缺陷(裂紋和孔隙)和略微細化的晶粒尺寸。力學性能表明，與未添加SiC的樣品相比，復合材料的硬度、屈服強度和極限抗拉強度分別提高了16%和12%。經(jīng)過熱處理后，相同的復合材料試樣的極限抗拉強度比相同處理的未增強材料高10%，而總伸長率保持在14%左右。這種原位沉淀的形成為增強增材制造的高溫材料提供了一種簡單有效的方法，可以用于日益惡劣的能源和推進應用環(huán)境。

研究人員認為，他們的方法也可以擴展到提高其他材料的性能。所得部件表現(xiàn)出改進的延展性、抗輻射性和高溫強度。此外，該過程具有成本效益。

這項工作的主要研究人員LijU教授表示，3D打印的冷卻速度比傳統(tǒng)熔體凝固工藝制造的部件的冷卻速度快得多，這為探索添加陶瓷的基底金屬開辟了更大的組成空間。該團隊的創(chuàng)新方法得到了該領域專家的贊揚，他們認識到其在增強其他金屬基復合材料和合金方面的潛力。

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