研究人员发现用于增材制造的钴镍超级合金

圣塔芭芭拉大学和橡树岭国家实验室的研究人员发现了一种新的抗缺陷钴镍超合金。他们的结果发表在《自然》杂志 上。

金属增材制造领域中更坚固的材料有望在一系列行业中得到更大的应用。这些研究人员指出了航空航天，但是高强度和高耐热合金也可以部署在各种军事应用中。此外，在将增材制造作为一种工业解决方案以及减法制造选项进行营销时，更可靠的合金很有用。

这种新合金旨在解决金属AM工艺中的一个常见缺陷，当加热的金属反复加热和冷却以形成物体时，会产生裂纹。焊接合金通常用于抵消这些应力，但是当对焊接金属进行热处理时，或者当热处理导致半冷却金属中形成小裂纹时，就会出现诸如应变时效和延性浸入裂纹等问题。

研究人员之所以选择镍基合金，是因为它在飞机发动机等高应力，高温环境中表现良好。但是，更坚固的镍基合金更难焊接，因此不适合AM应用。焊接高强度合金的困难来自合金中以不同速率冷却的各种微量金属，因此增加了结构受损的机会。

 

与EBM CM 24733和SLM IN738LC57相比，在印刷和HIP + SHT +时效条件下，在eBM和f SLM材料在室温下准静态拉伸测试的应力-应变曲线。印刷后的b，c，g，h和d，e，i，j HIP + SHT +老化条件下的b–e EBM样品和g–j SLM样品的SEM断层图显示了在所有情况下均指示韧性断裂的特征标本。较高的放大倍数图像是在每个断裂面的中心附近拍摄的。b，d的比例尺为1毫米。g，i的比例尺为2 mm。c，e，h，j的比例尺为5μm。

研究人员通过引入钴来制造一种合金，该合金具有与镍超合金相同的特性，但是使用钴颗粒进行冷却，从而减少了裂纹的变化，从而解决了这一问题。研究人员声称：“我们的方法表明，基于CoNi的超级合金成分空间为开发可以利用AM潜力的超级合金提供了机会。”

这种说法证明了他们的证据。试验显示，SLM和电子束熔化定制的超合金粉末可产生高强度物体。无需进行后处理热处理即可增强零件强度;他们经受住了测试的压力。该合金还显示出更均匀的晶粒结构，这再次有助于提高强度。