麻省理工：使用陶瓷强化金属3D打印材料，以满足航空航天应用

由麻省理工学院领导的团队于日前发表了一篇论文，展示了一种简单且低成本的方法来强化航空航天和核能应用中使用的关键材料。该团队使用3D打印技术制造了一种用陶瓷纳米材料增强的金属粉末，从而生产出强度更高、裂纹和孔隙更少的部件。

该技术涉及将常用且能够承受极端条件的超级合金In718与陶瓷纳米材料一起研磨，以在合金表面实现纳米陶瓷的均匀包覆。然后将所得粉末用于激光粉末床熔融3D打印，以生产复杂的零件部件。

具体的说，是采用高速球磨法制备了含SiC纳米陶瓷的复合粉体，在In718颗粒表面形成了均匀的SiC包覆。在激光熔化过程中，SiC溶解，导致原位形成Nb和Ti基硅化物和碳化物纳米颗粒。这些原位形成的纳米颗粒使增材制造的In718具有更理想的凝固微观组织结构，具有更少的打印缺陷(裂纹和孔隙)和略微细化的晶粒尺寸。力学性能表明，与未添加SiC的样品相比，复合材料的硬度、屈服强度和极限抗拉强度分别提高了16%和12%。经过热处理后，相同的复合材料试样的极限抗拉强度比相同处理的未增强材料高10%，而总伸长率保持在14%左右。这种原位沉淀的形成为增强增材制造的高温材料提供了一种简单有效的方法，可以用于日益恶劣的能源和推进应用环境。

研究人员认为，他们的方法也可以扩展到提高其他材料的性能。所得部件表现出改进的延展性、抗辐射性和高温强度。此外，该过程具有成本效益。

这项工作的主要研究人员LijU教授表示，3D打印的冷却速度比传统熔体凝固工艺制造的部件的冷却速度快得多，这为探索添加陶瓷的基底金属开辟了更大的组成空间。该团队的创新方法得到了该领域专家的赞扬，他们认识到其在增强其他金属基复合材料和合金方面的潜力。