科學家研發(fā)新材料 更耐熱更好用,，可與電子束熔化（EBM）3D打印機配合使用

來源：中關村在線

據了解，美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的科學家開發(fā)了一種新的鉬（Mo）配方,，該配方經過專門優(yōu)化,，可與電子束熔化（EBM）3D打印機配合使用。結果表明,，這種新的材料可以承受極端溫度,，成為航空航天應用的理想之選。

△ORNL團隊3D打印的“ Mighty Mo”材料的SEM圖像

作為一種難熔金屬,，鉬具有多種特性,，使其成為在超溫度敏感區(qū)域內部署的極具吸引力的選擇。該合金的特點是熔點升高至2622 o C,，并且熱膨脹系數,，導熱性和耐腐蝕性均較低，但在某些溫度下其韌性也很差,。

另外,，鉬在加工過程中對氮和氧污染非常敏感，這會導致其晶界偏析,，導致零件開裂,。在該領域已經進行的有限研究中，科學家將金屬與其他材料混合,，試圖更好地控制其重結晶和晶粒尺寸,，但收效甚微。

早在2017年,，來自奧地利粉末生產商Plansee Group的研究人員就設法使用模擬數據來量化鉬的粒徑如何對其SLM打印敏感性做出貢獻,，但并未徹底解決該問題。相比之下,，ORNL團隊現在發(fā)現,，通過向合金中添加TiC顆粒并轉換為EBM，可以制造出具有更高水平的堅固性和剛性的微結構,。

△ORNL團隊使用定制的Arcam 3D打印機進行研究

為了配制材料,，科學家將Mo和TiC粉末以60:40的比例混合在一個刻度量筒中，該量筒充滿了氬氣以防止氧化,。然后,，使用行星式球磨機將所得的金屬基質復合材料機械合金化8小時，直到可以進行3D打印為止,。

為了處理他們的新粉末,，ORNL團隊開發(fā)了定制的Arcam S12 EBM 3D打印機，其特征是改進的構建腔,，該構建腔由活塞,，進料器,，耙子和工作臺粉末床輸送系統(tǒng)組成。機器的升級有效地優(yōu)化了其小批量生產,，同時實現了高級過程監(jiān)控和二次進料,。

利用他們的機器，研究人員選擇了3D打印六塊尺寸為12毫米（D）x 13毫米（H）的零件,，它們具有類似三明治的結構,，其中包含一層包裹在兩層純鉬之間的強鉬。有趣的是,，SEM成像顯示,，純樣品均未發(fā)生任何開裂，但由于粉末散布,，它們的確存在一些表面不一致性,。

后來，研究小組進行了熱力學建模,，這也表明該過程對成分和溫度的變化仍然極為敏感,。結果，ORNL的科學家推測,，嚴格管理工藝輸入將是使用鉬制造未來微結構的關鍵,，而不會導致加工過程中零件層的一致性或溫度梯度發(fā)生變化,。

最終,，研究人員還得出結論，他們證明了3D打印純無裂紋鉬的可行性,，并且通過完善的參數設置,，該合金可以在航空航天或能量轉換領域，例如傳熱組件等領域找到新的應用,。