科學(xué)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(guān)村在線

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

△ORNL團(tuán)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(nèi)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(shù),，導(dǎo)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(dǎo)致其晶界偏析,，導(dǎo)致零件開裂,。在該領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)行的有限研究中，科學(xué)家將金屬與其他材料混合,，試圖更好地控制其重結(jié)晶和晶粒尺寸,，但收效甚微。

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

△ORNL團(tuán)隊使用定制的Arcam 3D打印機進(jìn)行研究

為了配制材料,，科學(xué)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(zhì)復(fù)合材料機械合金化8小時，直到可以進(jìn)行3D打印為止,。

為了處理他們的新粉末,，ORNL團(tuán)隊開發(fā)了定制的Arcam S12 EBM 3D打印機,，其特征是改進(jìn)的構(gòu)建腔，該構(gòu)建腔由活塞,，進(jìn)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(chǎn),，同時實現(xiàn)了高級過程監(jiān)控和二次進(jìn)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(jié)構(gòu),，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(jìn)行了熱力學(xué)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(jié)果，ORNL的科學(xué)家推測,，嚴(yán)格管理工藝輸入將是使用鉬制造未來微結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵,，而不會導(dǎo)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(jié)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(shù)設(shè)置,，該合金可以在航空航天或能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域,，例如傳熱組件等領(lǐng)域找到新的應(yīng)用。