首个3D打印的高性能纳米结构合金兼具超强度和延展性
8月4日消息（邵忱）一个科学家团队已经3D打印了一种双相纳米结构的高熵合金，其强度和延展性超过了其他最先进的增材制造材料。这一突破可以为航空航天、医药、能源和交通领域的应用带来更高性能的部件。这项工作是由马萨诸塞大学阿默斯特分校和佐治亚理工学院的研究人员完成的。它由马萨诸塞大学阿默斯特分校机械和工业工程副教授陈文和佐治亚理工学院机械工程教授朱挺领导，于8月3日发表在《自然》杂志上。
在过去的15年里，高熵合金（HEAs）作为材料科学的一种新范式已经越来越受欢迎。它们由五种或更多的元素以近乎相等的比例组成，为合金设计提供了创造近乎无限的独特组合的能力。传统的合金，如黄铜、不锈钢、碳钢和青铜，包含一种主要元素与一种或多种微量元素的组合。
3D打印，也被称为增材制造，最近作为一种强大的材料开发方法而出现。基于激光的3D打印可以产生大的温度梯度和高的冷却速率，这是传统途径所不能达到的。然而，“利用增材制造和HEA的综合优势来实现新特性的潜力在很大程度上仍未被开发，”朱挺说。
佐治亚理工学院的朱挺小组领导了这项研究的计算模型。他们开发了双相晶体塑性计算模型，以了解FCC和BCC纳米颗粒所发挥的机械作用，以及它们如何共同作用，使材料增加强度和延展性。
“我们的模拟结果显示，BCC纳米颗粒的强度和硬化反应令人惊讶，这对于实现我们合金出色的强度和延展性协同作用非常关键。”朱挺说：“这种机理上的理解为指导未来开发具有特殊机械性能的3D打印HEA提供了一个重要的基础。”
此外，3D打印提供了一个强大的工具来制造几何上复杂和定制的零件。在未来，利用3D打印技术和HEA的巨大合金设计空间，为直接生产生物医学和航空航天应用的终端部件提供了大量的机会。