近期，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所張哲峰研究員團(tuán)隊(duì)制備出具有高抗疲勞性能的3D打印鈦合金材料。該項(xiàng)研究成果2月29日發(fā)表在《自然》雜志上。

　　3D打印因其得天獨(dú)厚的自由成形能力極大地滿足了高端裝備和構(gòu)件對(duì)高集成性、輕量化、一體化的需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，3D打印的材料在循環(huán)載荷下的疲勞性能普遍較差，嚴(yán)重制約了其在航空航天領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

　　中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究人員發(fā)現(xiàn)，理想狀態(tài)下3D打印技術(shù)直接制備出的鈦合金組織本身應(yīng)具有天然的超高疲勞性能，而打印過(guò)程中產(chǎn)生的氣孔等缺陷掩蓋了其自身組織抗疲勞的優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致3D打印材料疲勞性能大幅降低。然而，目前消除氣孔的工藝往往伴隨組織粗化，而細(xì)化組織的處理又會(huì)帶來(lái)氣孔復(fù)現(xiàn)，可謂進(jìn)退兩難。

　　TC4鈦合金（Ti-6Al-4V）是一種應(yīng)用廣泛的鈦合金。研究人員在對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，高溫下3D打印態(tài)組織的晶界遷移及氣孔長(zhǎng)大與相轉(zhuǎn)變過(guò)程表現(xiàn)出不同步的特性。這意味著，存在一個(gè)寶貴的熱處理工藝窗口，既可實(shí)現(xiàn)板條組織細(xì)化，又能有效抑制氣孔復(fù)現(xiàn)。為此，研究人員發(fā)明了缺陷與組織分步調(diào)控的新工藝，最終制備出幾乎無(wú)氣孔的新型鈦合金，其在典型條件下的疲勞強(qiáng)度增幅高達(dá)106%。

　　這項(xiàng)成果更新了人們以往對(duì)3D打印材料疲勞性能不高的固有認(rèn)識(shí)，有望促進(jìn)3D打印材料在航空航天等領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。（記者王瑩）