Nature：首款3D打印納米結(jié)構高熵合金問世

來源：科技日報

美國馬薩諸塞大學阿默斯特分校和佐治亞理工大學科學家在最新一期《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 AlCoCrFeNi 2.1雙相納米結(jié)構高熵合金(HEA)，其強度和延展性優(yōu)于現(xiàn)有其他先進的3D打印材料，有望催生可用于航空航天、醫(yī)學、能源和運輸?shù)阮I域的高性能部件。

過去15年，HEA越來越受歡迎。HEA是由5種或5種以上等量或大約等量的金屬制成的合金，具有許多理想的性質(zhì)，因此在材料科學及工程領域備受重視。3D打印技術目前已用于材料開發(fā)領域，基于激光的3D打印可以產(chǎn)生大的溫度梯度和高冷卻速率，而傳統(tǒng)方法很難做到這一點。

此次，研究人員將HEA與先進的3D打印技術——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)構看起來像一種網(wǎng)狀結(jié)構，由名為面心立方(FCC)和體心立方(BCC)的納米層狀結(jié)構交替組成，這些層被嵌入微尺度共晶團中，分級納米結(jié)構HEA使兩相能夠協(xié)同變形。

圖片來源：佐治亞理工學院官網(wǎng)

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

研究團隊還開發(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，這對于實現(xiàn)合金卓越的強度—延展性協(xié)同作用至關重要。未來，科學家們有望利用3D打印技術和HEA研制出可廣泛應用于生物醫(yī)學、航空航天等領域的高性能部件。


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https://www.nature.com/articles/s41586-022-04914-8