为使快速成型涡轮叶片能够更好地应对极端温度,美国橡树岭国家实验室(ORNL)和国家能源技术实验室(NETL)的研究人员做出了巨大努力。他们开发并用3D打印出了最轻的无裂纹合金,能够在华氏2400度(1315.5℃)以上的高温下工作而不熔化。
这种合金有望使增材制造的涡轮叶片能够有效地应对极端温度,并减少燃气涡轮发动机(如飞机上使用的涡轮发动机)的碳足迹。
研究人员表示,以前没有人能够开发和打印出熔点如此之高、密度如此之低而又不会产生裂缝的合金。研究人员补充说,虽然钨等金属可以承受高温,但它们会给飞机增加过多的重量。因此,制造一种在超高温下仍能保持结构完整性的更轻的材料意义重大。
早在两年前,橡树岭国家实验室的研究人员就已经展示了一种由钴和镍制成的新型超级合金,这种合金在极端高温下无裂纹、抗缺陷。它还有利于在基于金属的3D打印应用中使用。
当时,研究人员对钴和镍类超级合金进行了加工,证明它们在电子束和激光熔融3D打印工艺中不会产生裂纹。据研究人员称,这些金属材料已被证明在制造方面具有成本效益,将它们用于增材制造工艺中可以生产出创新的复杂设计,同时将材料浪费降到最低。然而,最新的无裂纹合金比以前开发的合金更有效。
据一份新闻稿称,最新的重大进展是在一种富含铌的复杂浓缩合金中结合了7种元素,其熔点比橡树岭国家实验室以前开发的镍和钴超级合金至少高出48%。研究人员对电子束熔化工艺进行了微调,以打印新型合金的测试零件。
橡树岭国家实验室制造示范设施的3D打印机可用于打印不寻常的无裂纹合金。以前,制造在极端高温下不会开裂的合金一直是一项重大挑战。研究人员声称,早先开发的合金也具有极端环境所需的材料特性,因为它们不仅能成功抵御高温,而且在拉伸时还能保持强度。(航柯)
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