新型钛合金具有类熔岩微观结构，力学性能非常优异。
熔岩钛合金的晶粒取向。
techxplore.com网站当地时间10月22日报道，中国香港城市大学的研究人员利用3D打印增材制造技术，成功开发了一种高延展性、超强、超轻的钛合金。该成果为设计全新结构和性能的合金开辟了新路线。相关研究成果刊登在《科学》杂志中。
大多数人认为3D打印是一项革命性的技术，它能够“一步生成”具有复杂形状的机器部件。“然而，我们现在揭示了，它不仅仅是一种设计几何结构的简单工具，在设计材料方面也展现出了惊人的潜力。”论文第一作者Zhang Tianlong博士说。
材料学家认为，合金成分缺乏均匀性会导致材料过脆等不良特性。在增材制造过程中，消除快速冷却过程中的合金不均匀性是关键问题之一。然而，Zhang博士在之前的建模和仿真研究中发现，构件中存在一定程度的非均匀性，实际上会催生独特的不均匀微观组织，对强化合金性能有益。为此，他决定用增材制造技术将仿真结果转化为现实。“增材制造为我们设计微结构提供了更高的自由度。我们已经开发了一种部分均质方法，并借助3D打印技术生产了微米级浓度梯度的合金。这是任何传统材料制造方法都无法实现的。”
Zhang博士提出的方法涉及使用聚焦激光束熔化、混合两种不同的合金粉末和不锈钢粉末。通过在3D打印过程中控制激光功率和扫描速度等参数，团队成功地以可控方式创造了不均匀的新合金。
研究人员Liu Chain-Tsuan教授说：“除增材制造技术外，两种粉末混合物也是制造高亚稳态熔岩状微观结构的关键。独特的微观结构赋予了合金良好的力学性能。”一般而言，不锈钢的质量为7.9克/立方厘米，而新合金的质量仅为4.5克/立方厘米，质量减轻了约40%。此外，熔岩钛合金还表现出1.3吉帕斯卡的高拉伸强度、9%的均匀延伸率和超过300兆帕斯卡的加工硬化能力。Liu教授补充：“这些良好的性能使熔岩钛合金在航空航天、汽车和医疗等行业有广阔的应用前景。我们希望将这次的设计理念应用于不同的合金系统，并进一步探索新合金的其他性能。”
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编译：德克斯特 审稿：西莫 责编：陈之涵
期刊来源：《科学》
期刊编号：0036-8075
原文链接：https://techxplore.com/news/2021-10-titanium-alloy-supreme-properties-3d.html
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