科学家提出3D打印钛合金的抗疲劳制备方法

由教授领导的研究团队。中国科学院金属研究所张哲峰和张振军提出了一种通过单独调控其微观结构和缺陷来制造抗疲劳3D打印钛合金的创新策略，称为净增材制造制备(NAMP))。

增材制造(AM)，也称为三维(3D)打印，是制造领域的颠覆性技术。然而，与传统制造相比，3D打印材料在循环载荷下的疲劳性能较差，严重限制了此类材料作为结构部件在太空探索和航空等重要领域的应用。

在这项研究中，研究人员根据之前的疲劳预测理论，提出了一个开创性的概念：3D打印的微结构(即Net-AM微结构)天然具有高抗疲劳性。然而，3D材料的低疲劳性能可能会被当前打印工艺引起的微孔的负面影响所掩盖。

为了验证这一概念，他们发明了净增材制造工艺(NAMP)，包括通过热等静压(HIP)消除微孔，以及随后的高温短时(HTSt)热处理以恢复增材制造微观结构具有细小的马氏体板条，可以成功地使钛合金恢复几乎无空隙的Net-AM显微组织。

有趣的是，Net-AM微观结构具有非常高的抗疲劳性，超过了所有其他增材制造甚至锻造钛合金的抗疲劳性。Net-AM微观结构还显示出世界上所有已报道材料中最高的比疲劳强度(即疲劳强度/密度)。

采用NAMP工艺制备的显微组织的疲劳裂纹通常在干净的初生β晶界和细小的马氏体板条处形核，成功地避免了许多传统疲劳弱点并防止了局部损伤累积，从而表现出极高的抗疲劳性能。

该研究揭示了3D打印微结构天然的高抗疲劳性以及3D打印技术在结构部件生产中的潜在优势，也为3D打印抗疲劳制造指明了明确的方向。

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