近期，中國科學院金屬研究所張哲峰研究員團隊制備出具有高抗疲勞性能的3D打印鈦合金材料。該項研究成果2月29日發(fā)表在《自然》雜志上。

　　3D打印因其得天獨厚的自由成形能力極大地滿足了高端裝備和構件對高集成性、輕量化、一體化的需求，具有廣闊的應用前景。然而，與傳統(tǒng)制造技術相比，3D打印的材料在循環(huán)載荷下的疲勞性能普遍較差，嚴重制約了其在航空航天領域的廣泛應用。

　　中國科學院金屬研究所研究人員發(fā)現(xiàn)，理想狀態(tài)下3D打印技術直接制備出的鈦合金組織本身應具有天然的超高疲勞性能，而打印過程中產(chǎn)生的氣孔等缺陷掩蓋了其自身組織抗疲勞的優(yōu)點，導致3D打印材料疲勞性能大幅降低。然而，目前消除氣孔的工藝往往伴隨組織粗化，而細化組織的處理又會帶來氣孔復現(xiàn)，可謂進退兩難。

　　TC4鈦合金（Ti-6Al-4V）是一種應用廣泛的鈦合金。研究人員在對其進行試驗時發(fā)現(xiàn)，高溫下3D打印態(tài)組織的晶界遷移及氣孔長大與相轉(zhuǎn)變過程表現(xiàn)出不同步的特性。這意味著，存在一個寶貴的熱處理工藝窗口，既可實現(xiàn)板條組織細化，又能有效抑制氣孔復現(xiàn)。為此，研究人員發(fā)明了缺陷與組織分步調(diào)控的新工藝，最終制備出幾乎無氣孔的新型鈦合金，其在典型條件下的疲勞強度增幅高達106%。

　　這項成果更新了人們以往對3D打印材料疲勞性能不高的固有認識，有望促進3D打印材料在航空航天等領域的進一步應用。（記者王瑩）